Дизельный двигатель: особенности, преимущества, функции

Современные автолюбители обладают большими запросами к технической комплектации транспортного средства. Наряду с экономичностью и долгим сроком эксплуатации сегодня их интересует и наличие дизельного двигателя. Не секрет, что в последние годы на смену привычным бензиновым моторам пришли усовершенствованные дизельные приборы. Но что же представляет из себя дизельный двигатель, какие отличительные особенности и виды он имеет? Об этом мы и поговорим детальнее в данном материале.

Дизельный двигатель – это мотор внутреннего сгорания, который работает в режиме самостоятельного воспламенения при контакте со средой. Первый дизель появился на свет еще в 1897 году. Тогда процесс его функционирования зависел от применения на практике большого количества сжатого воздуха. В отличие от своего предшественника современный агрегат представляет собой компактный прибор, оказывающий влияние на многие показатели работы автомобиля. От качества и вида выбранного вами прибора зависит как мощность машины, так и ее потенциальный ресурс.

Виды современных двигателей: HDI, TDI и SDI моторы

Дизельные двигатели классифицируются по нескольким признакам. Для начала разберем, что означает аббревиатура в их названиях:

1. Дизельный двигатель HDI – это собственная разработка крупной автомобильной компанией Peugeot, которая была запатентована еще несколько лет назад. Суть данной технологии сводится к минимизации затрат на техническое обслуживание транспортного средства. Владелец такого мотора может не опасаться возникновения неполадок и проверять состояние своего мотора один раз за 25000-35000 километров пробега. Также при наличии двигателя HDI автолюбитель может не беспокоиться о замене ремней ГРМ. Мотор в состоянии работать даже на холостых оборотах. Сегодня двигатели данной марки пользуются небывалым спросом на рынках многих европейских стран.
2. Дизельный двигатель TDI – устройство, которое впервые было разработано и внедрено на территории всемирно известного концерна Volkswagen. Двигатель изготовлен с учетом механизма равномерного впрыска и системы турбунаддува. Такие показатели позволяют машине достичь еще большей мощности, имея достаточно высокий коэффициент воздействия. Главной особенностью работы мотора является экологичность и полная чистота выхлопа. Изделия легки в ежедневной эксплуатации: они могут работать в различных климатических условиях.
3. Дизельный двигатель SDI считается наиболее экономичным вариантом. Современные системы common rail работают по тому же принципу. Они управляются блоком электронного управления, который открывает каждый инжектор электронно, а не механически. Эта технология была детально разработана общими усилиями компаний Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis. После того, как Fiat разработал дизайн и концепцию системы, она была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для разработки массового продукта. Это оказалось большим просчетом Fiat, поскольку новая технология стала очень выгодна, но в то время итальянский концерн не имел финансовых ресурсов для завершения работ. Тем не менее, итальянцы первые применили систему common rail в 1997 году на Alfa Romeo 156 1.9 JTD и только потом она появилась на Mercedes-Benz C 220 CDI

Виды дизельных двигателей: особенности конструкции камеры сгорания

Также дизельный двигатель можно классифицировать в зависимости от того, какую комплектацию имеет камера внутреннего сгорания. К первому типу можно отнести двигатели, которые имеют совместную камеру. В них приятно заливать топливо через небольшой резервуар, расположенный возле поршня. На сегодняшний день они подверглись процессу усовершенствования за счет открытия двухступенчатого впрыска и внедрения электронного управления работой. Сейчас моторы с одной камерой могут функционировать с мощностью в 4500 и более оборотов в одну минуту.

Второй вид включает такое понятие, как вихрекамерные дизельные двигатели. Они встречаются в комплектации легковых авто, а их особенность заключается в наличии разделенной на несколько частей камеры сгорания. В данном случае процесс подачи топлива разнится. Сначала он поступает во вспомогательную камеру, а потом – в цилиндр.

И, наконец, последний вид двигателей – это предкамерные устройства. Их популярность довольно низка из-за наличия форкамеры – прибора, который соединяет цилиндры с каналами.

Виды двигателей: необходимость использования насосов

После разработки первого насоса, работающего на топливе, специалисты ввели в обиход еще одну классификацию. Исходя из нее, дизельный двигатель бывает двух типов: тот, который использует насосный механизм (ТНВД), и тот, который использует аккумуляторный механизм. Первый вид агрегатов работает за счет соединения отдельно взятой секции насоса с одной форсункой. Второй предполагает отсутствие соединения, как такового. В этом случае топливо передается благодаря насосу во встроенный аккумуляторный блок, который затем обеспечивает полную наполняемость форсунок.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания: дизель, бензин

Несмотря на постоянно появляющуюся информацию об изобретении новых, современных, более экономичных и экологичных, видов силовых агрегатов, двигатель внутреннего сгорания еще долго не сдаст свои позиции основной «рабочей лошадки» мирового автопрома.  Вот уже более сотни лет именно двигатель внутреннего сгорания работает, приводя в движение миллионы как легковых, так и грузовых автомобилей по всему миру

Уникальное изобретение

Если задать в поисковик вопрос о том, кто является изобретателем ДВС, можно получить добрый десяток имен. Действительно, на заре автомобилестроение над созданием практичного мотора бились десятки пытливых умов. И не столь важно, кто оформил патент первым, а кто опоздал на пару месяцев. Главное – результат вышел на славу.

Компактный, простой в конструкции но в то же время обладающий хорошим КПД, ДВС оставил далеко позади остальных «конкурентов»  в праве именоваться двигателем прогресса нового столетия.

Что такое двигатель внутреннего сгорания

Предназначение любого теплового силового агрегата – превратить энергию топлива в полезную механическую работу. В ДВС сгорают жидкие или газообразные углеводороды: бензин, дизельное топливо или природный газ.  

Как это происходит? В специальных «отверстиях» в корпусе (цилиндрах) расположены поршни – металлические «стаканы». Днище детали ориентировано вверх, а снизу, через кривошипно-шатунный механизм, она соединена с коленвалом.

Герметичность достигается поршневыми кольцами, не допускающими проникновение газов между стенками цилиндра и поршнем.

Все двигатели внутреннего сгорания имеют одинаковые этапы работы:

• 
  впуска;
• 
  сжатия;
• 
  горение;
• 
  расширения;
• 
  выпуска.

Для того, чтобы разобраться в процессе, стоит рассмотреть  как работает бензиновый двигатель – самый распространенный в автомобилях.

Как работает бензиновый двигатель

Перемещение поршня в цилиндре ограничивается двумя крайними положениями – верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ).

Первый такт начинается с того, что при движении поршня вниз открывается впускной клапан, в который подается приготовленная карбюратором (вариант – в инжекторе) воздушно-бензиновая смесь.

Во время обратного хода  топливо сжимается, а когда снова начинается движение вниз, смесь зажигается высоковольтной искрой. Взрыв отталкивает поршень вниз, в результате чего проворачивается коленвал.  

Во время последнего такта отработавшиеся газы удаляются через открывшийся выпускной клапан.

Такой двигатель называют четырехтактных – по числу перемещений. Автомобильный двигатель работает непрерывно, поэтому содержит как минимум четыре цилиндра. Вспомогательные ходы в одних обеспечиваются рабочими тактами в других.  

Как открываются клапаны

Для обеспечения процесса важно точное открывание и закрывание впускных и выпускных клапанов. За эту работу отвечает газораспределительный механизм.

Через шкив ГРМ «синхронизирован» с  коленвалом, что позволяет открывать каналы в нужные такты (при определенном положении поршней).

При вращении кулачок распредвала давит на коромысло, которое открывает клапан. Когда кулачок проворачивается, отверстие закрывается с помощью пружины.

Особенности дизеля

Аналогичные такты имеет и дизельный двигатель, единственное различие которого в том, как работает воспламенение. Здесь топливо и воздух подаются отдельно. Именно последний при сжатии выделяет тепло, воспламеняющее горючее. 

Все для ремонта и обслуживаия бензиновых и дизельных двигателей ищитена страницах fortunaavto.com.ua!

Читайте также:
Сложный выбор: оригинальные запчасти БМВ или аналоги?
Когда менять тормозные колодки? Расчетный ресурс
Toyota Land Cruiser Prado: история модели
Свечи зажигания: насколько оправдана покупка? Тест
Как выбрать лучшие тормозные диски?

Ранняя история дизельного двигателя

Ранняя история дизельного двигателя

Ханну Яаскеляйнен

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В 1890-х годах Рудольф Дизель изобрел эффективный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, который носит его имя. Ранние дизельные двигатели были большими и работали на низких скоростях из-за ограничений их систем впрыска топлива с помощью сжатого воздуха. В первые годы своего существования дизельный двигатель конкурировал с другой концепцией двигателя на тяжелом топливе — двигателем с горячим термометром, изобретенным Акройдом-Стюартом. Высокоскоростные дизельные двигатели были введены в 1920-х годов для коммерческого транспорта и в 1930-х годах для легковых автомобилей.

• Изобретение Рудольфа Дизеля
• Двигатель Акройда-Стюарта
• Проблемы с впрыском топлива
• Высокоскоростные двигатели для коммерческого транспорта
• Высокоскоростные двигатели легковых автомобилей

Рудольф Дизель, наиболее известный изобретением двигателя, носящего его имя, родился в Париже, Франция, в 1858 году. Его изобретение появилось в то время, когда паровая машина была преобладающим источником энергии для крупных предприятий.

Рисунок 1 . Рудольф Дизель (1858-1913)

В 1885 году Дизель открыл свой первый магазин в Париже, чтобы начать разработку двигателя с воспламенением от сжатия. Процесс продлится 13 лет. В 1890-х годах он получил ряд патентов на изобретение эффективного двигателя внутреннего сгорания медленного горения с воспламенением от сжатия [2856] [2857] [2858] [2859] . С 1893 по 1897 год Дизель развивал свои идеи в компании Maschinenfabrik-Augsburg AG (позже Maschinenfabrik-Augsburg-Nürnberg или MAN). Помимо MAN, работами Дизеля рано заинтересовалась швейцарская компания Sulzer Brothers, купившая определенные права на изобретение Дизеля в 189 г.3.

В компании MAN в Аугсбурге 10 августа 1893 года начались испытания прототипа с диаметром цилиндра 150 мм и ходом поршня 400 мм. Хотя первые испытания двигателя не увенчались успехом, ряд усовершенствований и последующих испытаний привели к успешному испытанию 17 февраля 1897 года, когда Дизель продемонстрировал КПД 26,2% с двигателем, рис. 2, под нагрузкой — значительное достижение, учитывая, что популярный в то время паровой двигатель имел КПД около 10%. Первый дизельный двигатель производства Sulzer был запущен в июне 189 г.8 [388] [2860] . Дополнительные сведения о ранних испытаниях Diesel можно найти в литературе [2864] [2265] .

Рисунок 2 . Третий испытательный двигатель Дизеля, использованный в успешных приемочных испытаниях 1897 года.

1-цилиндровый, четырехтактный, с водяным охлаждением, впрыск топлива
Мощность: 14,7 кВт (20 л.с.)
Расход топлива: 317 г/кВтч (238 г/л.с.-ч)
КПД: 26,2%
Число оборотов: 172 мин ^-1
Рабочий объем: 19.6 л
Диаметр цилиндра: 250 мм
Ход поршня: 400 мм

Разработка изобретения Дизеля потребовала больше времени и работы, чтобы добиться коммерческого успеха. Многие инженеры и разработчики подключились к работе над повышением рыночной жизнеспособности идеи, созданной Рудольфом Дизелем. Он, с другой стороны, стал несколько опасен этим процессом и не всегда мог найти общий язык с другими конструкторами двигателей, разрабатывающими его изобретение. Попытки Дизеля продвигать на рынок еще не готовый двигатель в итоге привели к нервному срыву. В 1913 марта, глубоко обеспокоенный критикой своей роли в разработке двигателя, он таинственным образом исчез с корабля, направлявшегося в Англию, предположительно покончив с собой [389] . После того, как срок действия патентов Дизеля начал истекать, ряд других компаний взяли его изобретение и развили его дальше.

###

Сгорание в дизельных двигателях

Сгорание в дизельных двигателях

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Приготовление и смешивание дизельного топлива
• Исследовательские двигатели для оптической диагностики

Abstract : В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия. Во время фазы, известной как задержка воспламенения, топливная струя распыляется на мелкие капли, испаряется и смешивается с воздухом. По мере того, как поршень продолжает двигаться ближе к верхней мертвой точке, температура смеси достигает температуры воспламенения топлива, вызывая воспламенение некоторого количества предварительно перемешанного количества топлива и воздуха. Остаток топлива, не участвовавший в предварительном сгорании, расходуется на фазе сжигания с регулируемой скоростью.

• Компоненты процесса сгорания
• Скорость выделения тепла в двигателях с прямым впрыском
• Три фазы сгорания дизельного топлива
• Концептуальная модель сжигания дизельного топлива
• Шум, создаваемый горением

Сгорание в дизельных двигателях очень сложное, и до 1990-х годов его подробные механизмы не были хорошо изучены. В течение десятилетий его сложность, казалось, не позволяла исследователям раскрыть его многочисленные секреты, несмотря на доступность современных инструментов, таких как высокоскоростная фотография, используемая в «прозрачных» двигателях, вычислительная мощность современных компьютеров и множество математических моделей, разработанных для имитации сгорания в дизельном топливе. двигатели. Применение лазерной визуализации к обычному процессу сгорания дизельного топлива в 1990-е годы стали ключом к значительному расширению понимания этого процесса.

В этой статье будет рассмотрена наиболее известная модель сгорания для обычного дизельного двигателя . Это «обычное» дизельное сгорание в первую очередь контролируется смешиванием с, возможно, сгоранием с предварительным смешиванием, которое может происходить из-за смешивания топлива и воздуха перед воспламенением. Это отличается от стратегий сжигания, которые пытаются значительно увеличить долю происходящего сжигания предварительно смешанного топлива, например, различные ароматы низкотемпературного сгорания.

Основной предпосылкой дизельного сгорания является его уникальный способ высвобождения химической энергии, содержащейся в топливе. Чтобы выполнить этот процесс, кислород должен быть доступен для топлива определенным образом, чтобы облегчить горение. Одним из наиболее важных аспектов этого процесса является смешивание топлива и воздуха, которое часто называют приготовлением смеси .

В дизельных двигателях топливо часто впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия, всего за несколько градусов угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки 9.0030 [391] . Жидкое топливо обычно впрыскивается с высокой скоростью в виде одной или нескольких струй через небольшие отверстия или форсунки в наконечнике форсунки. Он распыляется на мелкие капли и проникает в камеру сгорания. Распыленное топливо поглощает тепло окружающего нагретого сжатого воздуха, испаряется и смешивается с окружающим высокотемпературным воздухом высокого давления. По мере того, как поршень продолжает двигаться ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), температура смеси (в основном воздуха) достигает температуры воспламенения топлива. Быстрое воспламенение некоторых предварительно смешанного топлива и воздуха происходит после периода задержки воспламенения. Это быстрое воспламенение считается началом сгорания (а также концом периода задержки воспламенения) и характеризуется резким повышением давления в цилиндре по мере того, как происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Повышенное давление, возникающее в результате сжигания предварительно смешанной смеси, сжимает и нагревает несгоревшую часть заряда и сокращает время задержки перед его воспламенением. Это также увеличивает скорость испарения оставшегося топлива. Распыление, испарение, смешение паров топлива с воздухом и горение продолжаются до тех пор, пока не сгорит все впрыскиваемое топливо.

Сгорание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A/F. Самое низкое среднее отношение A/F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A/F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается на уровне выше 25:1, что значительно выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности, равного примерно 14,4:1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A/F на холостом ходу может превышать 160:1. Поэтому избыточный воздух, находящийся в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами на протяжении всего процесса сгорания и расширения. При открытии выпускного клапана избыток воздуха вместе с продуктами сгорания выбрасывается, что объясняет окислительный характер дизельного выхлопа. Хотя сгорание происходит после того, как испарившееся топливо смешивается с воздухом, образуя локально богатую, но горючую смесь, и достигается надлежащая температура воспламенения, общее соотношение воздух/топливо обеднено. Другими словами, большая часть воздуха, поступающего в цилиндр дизельного двигателя, сжимается и нагревается, но никогда не участвует в процессе сгорания. Кислород в избыточном воздухе помогает окислять газообразные углеводороды и окись углерода, уменьшая их концентрацию в выхлопных газах до чрезвычайно малых концентраций.

Следующие факторы играют основную роль в процессе сгорания дизельного топлива:

• Модель инжектировала наддувочный воздух , его температуру и кинетическую энергию в нескольких измерениях.
• Распыление впрыскиваемого топлива , проникновение распыления, температура и химические характеристики.

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют и другие параметры, которые могут сильно на них влиять и, следовательно, играть второстепенную, но все же важную роль в процессе горения. Например:

• Конструкция впускного отверстия , которая оказывает сильное влияние на движение наддувочного воздуха (особенно когда он входит в цилиндр) и, в конечном счете, на скорость смешивания в камере сгорания. Конструкция впускного отверстия также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто за счет передачи тепла от водяной рубашки к наддувочному воздуху через площадь поверхности впускного отверстия.
• Впускной клапан размера , который регулирует общую массу воздуха, вводимого в цилиндр за конечное время.
• Степень сжатия , которая влияет на испарение топлива и, следовательно, на скорость смешивания и качество сгорания.
• Давление впрыска , которое определяет продолжительность впрыска для заданного размера отверстия форсунки.
• Геометрия отверстия сопла (длина/диаметр), которая контролирует проникновение струи, а также распыление.
• Геометрия распыления , которая напрямую влияет на качество сгорания за счет использования воздуха. Например, больший угол конуса распыления может поместить топливо на верхнюю часть поршня и за пределы камеры сгорания в дизельных двигателях с прямым впрыском с открытой камерой сгорания. Это условие привело бы к чрезмерному дымлению (неполному сгоранию) из-за лишения топлива доступа к воздуху, находящемуся в камере сгорания (камере). Большие углы конуса также могут привести к распылению топлива на стенки цилиндра, а не внутрь камеры сгорания, где это требуется. Топливо, распыляемое на стенку цилиндра, в конечном итоге будет стекать в масляный картер, что сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол распыления является одной из переменных, влияющих на скорость смешивания воздуха с топливной струей вблизи выходного отверстия форсунки, он может оказывать значительное влияние на общий процесс сгорания.