В последние годы благодаря высокому крутящему моменту, экономичности и более дешевому топливу дизели становятся все более популярными среди автомобилистов.
Рассмотрим конструктивные особенности, устройство и принцип работы дизельного двигателя.
Сам факт установки дизельного мотора на автомобиле сегодня можно определить только по характерному постукиванию из-под капота. По уровню шума и удельным характеристикам последние поколения дизелей вплотную приблизились к бензиновым двигателям. Эта цель достигнута без ущерба надежности и экономичности.
На первый взгляд конструкция дизельного двигателя практически не отличается от бензинового мотора. Исключением являются усиленные клапанные элементы, что сделано для восприятия более высоких нагрузок. Поэтому габариты и масса дизелей больше.
Особенностью дизельных двигателей являются принципиально иные способы подготовки, воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси. В бензиновых силовых установках смесь формируется во впускной системе и воспламеняется в цилиндре искрой свечи зажигания.
В дизелях реализована раздельная подача топлива и воздуха. Чистый воздух поступает в цилиндры, сжимается и нагревается до 700-800°С. Далее под давлением 10-30 МПа форсунки впрыскивают топливо в камеру сгорания, после чего оно практически сразу самовоспламеняется. Поскольку после воспламенения резко увеличивается давление в цилиндре, повышается жесткость и шумность работы мотора.
Благодаря такому подходу можно использовать бедные и более дешевые топливные смеси. Это позволяет добиваться более высокой экономичности и хороших экологических показателей, поскольку выброс вредных веществ от сгорания бедных смесей намного меньше.
К недостаткам дизельного двигателя можно отнести заметную вибрацию, повышенную шумность, сложности холодного пуска и меньшую литровую мощность. Однако в современных моделях дизельных авто эти минусы не столь очевидны.
Топливная система отвечает за подачу строго определенного количества топлива с определенным давлением по определенному графику. Поэтому это достаточно сложный и дорогой узел дизельного двигателя. Топливная система включает следующие основные элементы:
Для холодного пуска дизельного двигателя предусмотрена система предпускового подогрева. Она представляет собой электрические свечи накаливания, помещенные в камеру сгорания. После включения зажигания они быстро нагреваются до 800-900°С и подогревают воздух в камере сгорания, что облегчает самовоспламенение топливной смеси. В процессе пуска двигателя на водительской панели загорается и гаснет соответствующий контрольный индикатор.
Следует отметить, что электропитание снимается со свечей не сразу, а через некоторое время после пуска. Это необходимо для стабильной работы непрогретого мотора. Современные системы предпускового обогрева позволяют легко заводить исправные двигатели при условии использования качественного топлива и рекомендованного производителем масла.
Использование турбины позволяет повысить гибкость и мощность работы дизеля. Это происходит благодаря подаче дополнительного количества воздуха в цилиндры и увеличению подачи топлива на рабочем цикле. Турбокомпрессоры на дизелях обеспечивают эффективный дополнительный наддув, начиная с самых низких оборотов без провалов (“турбоям”), которые характерны для бензиновых турбомоторов. Слабым местом дизельных двигателей с турбонаддувом является недостаточная надежность турбокомпрессоров, ресурс которых обычно не превышает 150 тыс. км.
Автоматизированное управление процессом подачи топлива позволяет впрыскивать в камеру сгорания две четко дозированные порции. Первый крохотный впрыск повышает при сгорании температуру в камере, затем следует основной “заряд”. Такой подход дает возможность плавно наращивать давление в камере сгорания, благодаря чему двигатель работает тише и без рывков.
В результате расход топлива дизельных авто с системой Common-Rail сокращается на 15-20%, уменьшается содержание сажи в выхлопе, увеличивается крутящий момент на малых оборотах на 20-25%.
all-drive.net
20 Июл 2012 | Автор: matroskin83 | Комментарии отключены
Для начала немного истории. Первый рабочий образец дизельного двигателя (или «Дизель-мотора») был изобретен и успешно испытан в 1897 году Рудольфом Дизелем и работал он на растительном масле или на легких нефтепродуктах. Примечательно то, что изобретатель первоначально предлагал в качестве топлива использовать угольную пыль, но от этой идеи пришлось отказаться, потому, что из-за значительной твердости частиц угля повышался износ цилиндров и не было совершенной системы подачи топлива. Можно сказать Дизелю повезло первому запатентовать своё изобретение, так как подобные разработки вёл Экройд Стюарт.
Итак, давайте разберёмся, в принципах работы дизельных двигателей.
Дизельный двигатель – это ДВС, воспламенение топлива в котором происходит из-за соприкосновения распыленного топлива с разогретым от сжатия воздухом. Это в общих чертах. Двигатели делятся на два основных вида: двухтактные и четырехтактные.
Четырёхтактный цикл1. Впуск. Открывается впускной клапан, в цилиндр поступает воздух и клапан тут же закрывается.2. Сжатие. Поршень двигается к верхней точке, сжимает воздух, (по закону термодинамики воздух разогревается), и затем распыляется топливо.3. Рабочий ход. При распылении ДТ в горячий воздух, происходит воспламенение, продукты сгорания расширяются и двигают поршень вниз.4. Выпуск. Поршень идёт вверх, выпускной клапан открывается, происходит выхлоп отработавших газов поршнем. После этого цикл повторяется.
Для упрощения пуска мотора используют свечи накала, которые подогревают топливную смесь в камере сгорания.
По конструкции камеры сгорания существует два вида двигателей: с разделенной и неразделенной камерами.
Неразделенная камера: камера сгорания находится в поршне; топливо впрыскивается в пространство над поршнем. В дизеле с разделённой камерой топливо подаётся в дополнительную камеру. Это дает более полное сжигание топлива и тем самым повышает экономичность двигателя.
Двухтактный циклКроме ранее описанного четырёхтактного цикла, в дизельных двигателях есть возможность использования двухтактного цикла.
Принцип работы дизельного двигателя заключается в следующем:
Допустим, поршень находится в нижней мертвой точке (цилиндр в это время заполнен только воздухом). В момент, когда поршень идёт вверх, воздух сжимается; вблизи самой верхней точки впрыскивается топливо, которое из-за разогретого воздуха самовоспламеняется. После происходит рабочий ход (расширенные газы давят на поршень и он переходит в нижнее положение). На подходе к нижней точке происходит продувка (продукты сгорания замещаются воздухом). Цикл завершается.
В связи с тем, что в двухтактном двигателе рабочие ходы поршня происходят чаще чем в четырехтактном (в 2 раза), то происходит увеличение мощности. Такие двигатели используются в случае если нужна максимальная тяга, например, в морских судах.
Коротко о преимуществах четырехтактных и двухтактных двигателей.
Четырехтактный:*экономичность*относительно чистый выхлоп*меньший шум*несложная система выхлопа
Двухтактные:*большая мощность*простота изготовления*надёжность
dieselco.ru
1897 год – начало новой эры двигателей. Рудольф Дизель наконец-то смонтировал двигатель, концепцию которого вынашивал уже очень долго. В этом двигателе воспламенение идет исключительно от сжатия, такого еще не было! В качестве первого топлива Дизель придумал использовать угольную пыль, потом заменил ее керосином. И пусть мощности работы хватало всего на несколько часов, но это был прорыв!
Его многие не воспринимали, но были и такие, как Нобель, который через один только год приобрел у Рудольфа Дизеля патент. После приобретения патента в Санкт-Петербурге, на большом заводе, уже вовсю начали производство такого двигателя, только вот керосин Нобель решил заменить на самые тяжелые нефтяные фракции.
Вот так и пришли к нам эти мощные и надежные дизельные движки, они на сегодняшний день только усовершенствуются, оставаясь при этом неизменными в своей сути.
Так в чем эта суть, на чем основана работа дизельного двигателя?
Смесь, создаваемая воздухом и топливом, при высоком давлении воспламеняется. Происходит своего рода взрыв, и это основное отличие от двигателя на бензине. Здесь все происходит в камере сгорания, а не в карбюраторе. Дизель работает потактно:
Вот такой он – основной принцип, по которому работает любой дизельный двигатель. Только практически каждый год он обновляется, ищутся все новые и более продвинутые методы, чтобы сделать его работу лучше и экономнее. На сегодняшний день уже есть два типа впрыска в двигатели – это прямой впрыск и, соответственно, непрямой. Вот их различия:
Сейчас для создания высокого давления применяются насосы, причем тоже разных видов – плунжерные и роторные. И если раньше распределением топлива в момент зажигания руководил механический распределитель, то сейчас всеми этими этапами заведует электроника, или по другому ЭБУ. Есть и еще «помощники» у двигателя, которые обеспечивают ему комфортность в работе при постоянстве в размерах.
Эта помощница усиливает нагнетание воздуха в двигатель. Состоит такая турбина из двух крыльчаток, одна из которых начинает раскручиваться от действия выхлопных газов, а вторая подает атмосферный воздух к камере сгорания. Чем больше оборотов совершает двигатель, тем сильнее раскручиваются крыльчатки турбины.
Задача этого помощника – охлаждать воздух, который идет в цилиндры. Состоит он из воздухопроводов и радиатора, и помогает смешать топливо с охлажденным воздухом, что аж на 20% может повысить КПД двигателя.
Причем применение интеркуллера совершенно не дает результатов без турбины, так что в данном случае они «сиамские близнецы», и только так могут улучшить работу дизельного двигателя.
Вот, пожалуй, и все об основных принципах работы дизельного двигателя. Надеемся, что вам стало хоть немного понятно, на чем они основаны.
tuningrukami.ru
Прежде чем коснуться темы устройства обыкновенного дизельного двигателя было бы полезно совершить небольшой экскурс в прошлое и проследить за тем, кто открыл принцип работы дизельного двигателя, а также развитие двигателей в течение всего XX века.
Инженером, который разработал конструкцию первого двигателя, использующего жидкое топливо в качестве источника энергии, был Рудольф Дизель. Еще в конце 19 века он обнаружил возможность использования эффекта мгновенного воспламенения топлива в камере, в результате чего можно было получить колоссальную энергию, способную привести во вращение коленчатый вал. Именно с этого времени и начинается эпоха дизельных двигателей внутреннего сгорания. Главным конкурентом дизельных агрегатов выступали бензиновые двигатели, которые выигрывали за счет того, что могли обеспечить более высокую частоту вращения. Лишь в 30-х годах ХХ века немецкий инженер Р. Бош смог сконструировать первый в истории многосекционный насос большого давления, который обеспечил дальнейшее развитие дизельных двигателей.
Принцип действия дизельного двигателя основан на том, что воспламенение горючей смеси в цилиндрах двигателя происходит не за счет искры от свечей зажигания, а за счет того давления, которому подвергается дизельное топливо. Если в бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом до поступления в цилиндр, то в дизельном двигателе очищенный воздух попадает в цилиндр при движении поршня вниз, после чего происходит впрыск дизельного топлива, и в результате образовавшегося высокого давления смесь воспламеняется. В итоге получается более мощный выброс энергии, и, соответственно, мощность самого двигателя существенно возрастает. Таким образом, принцип работы дизельного двигателя основан на сильном сжатии топливной смеси и ее воспламенении.
Существует, правда, и ряд недостатков, связанных с физическими особенностями воздуха и самого топлива. Дело в том, что при сильном морозе температура сжимаемого воздуха может оказаться недостаточной для воспламенения дизтоплива, с чем связаны некоторые проблемы при пуске двигателя дизельных авто в холодную зиму. Однако в современных дизельных агрегатах, не только автомобильного, но и промышленного назначения, используется система предпускового нагрева воздуха, которая практически полностью устраняет эту неприятность.
Дизельные двигатели широко применяются сегодня в судостроении и авиастроении, где они зарекомендовали себя как надежные и долговечные системы с большим сроком эксплуатации. Помимо этого двигатели такого типа получили распространение и в турбинах. При этом сам принцип работы турбины дизельного двигателя заключается в использовании всей мощности, возникающей при сжигании топлива в процессе работы механической турбины.
К сожалению, до сих пор в среде автомобилистов ходят некоторые мифы о дизельных двигателях, среди которых наиболее распространены следующие:
- слишком громкая работа дизеля;
- медленная работа двигателя;
- экономная работа;
- плохой пуск при морозе.
С последним пунктом мы выяснили, и теперь принцип работы дизельного двигателя не зависит от температуры окружающий среды. Что касается более экономной работы, то это было раньше, когда стоимость дизтоплива была в 3 раза ниже, чем стоимость бензина. Сегодня же главное преимущество дизельных двигателей заключается в большей мощности и более длительном сроке эксплуатации такого мотора. Если говорить о громкой и медленной работе, то сам принцип работы дизельного двигателя опровергает эти утверждения, поскольку при правильной настройке двигателя и соблюдении условий его эксплуатации он будет служить вам верой и правдой в течение долгого времени.
fb.ru
В данной статье попытаюсь ознакомить Вас с работой дизельного двигателя и как можно улучшить его работу.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4 %). Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла…..читать далее
Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя. Это послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Юнкерс, а также советский тяжелый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А. Д. Чаромского и Т. М. Мелькумова). На максимальной эксплуатационной мощности смесь в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи («тепловоз дает медведя»).Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. 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 в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. 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 крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. 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 («катализатор» в просторечии), 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 «Common-rail» системы. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электрически 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, 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». «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 так называемого «интеркулера» — то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. 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 обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давлениям сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.
Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
Чтобы существенно улучшить работу дизельного двигателя настоятельно рекомендую использовать органические катализаторы горения топлива такие
как MPG-BOOST,MPG-CAP,MPGP-MEGA-CRUMBS разработанные агенством NASA USA и внедренные в производство фирмой FFI USA. Все характеристики и улучшение свойств от использования катализаторов Вы можете посмотреть в моих статьях на сайте
Данная статья написана с использованием материалов ©Tpoekt-tehnar, 2010.
bkorsar.ru
Одной из основных особенностей процесса сгорания в дизелях является «жесткость» работы. Так как в начальный период второй фазы горения значительное количество топлива сгорает с большими скоростями, возникает существенное увеличение давления газов на поршень. Под «жесткой» работой двигателя понимают рабочий процесс, при котором давление сгорания в цилиндре увеличивается чрезвычайно быстро. Казалось бы, чем «жестче» работа, тем больше должна развиваться мощность и улучшаться экономичность двигателя, так как при этих условиях должны сокращаться потери, связанные с несовершенством динамики сгорания. Однако это вызывает рост динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, появление вибраици и уменьшает долговечность двигателя.
«Жесткость» работы двигателя оценивается приращением давления на один градус угла поворота коленчатого вала:
wp = дельта р/ дельта ф
Средняя величина «жесткости» работы дизелей (дельта р/ дельта ф)ср обычно 1-1,5 МПа/°.
Работа карбюраторных двигателей также характеризуется определенной «жесткостью», но она составляет всего 0.2—0,3 МПа/°.
Чем больше топлива, подготовленного к воспламенению, оказывается в цилиндре, тем больше теплоты выделяется во второй фазе горения, и тем больше «жесткость» работы двигателя.
При разработке дизеля стремятся обеспечить эффективную теплоотдачу при умеренной «жесткости» его работы, не превышая допустимых значений.
Примером «жесткой» работы дизеля является его работа во время прогрева, особенно при низких температурах окружающей среды. В этих условиях период задержки самовоспламенения затягивается, что и приводит к высоким значениям показателя дельта р/ дельта ф.
Причиной жесткой работы дизеля может быть ранний впрыск топлива. О данной причине неисправности может свидетельствовать светлый (сизый) дым, а также то, что при вытягивание тяги холодного пуска усиливается жесткость звука, а после прогрева звук уменьшается. Для устранения неисправности рекомендуется продиагностировать угол впрыска и скорректировать его.
ustroistvo-avtomobilya.ru
