Как работает дизельный двигатель: Как работает дизельный двигатель?

Содержание

Как работает дизельный двигатель?

Автомобили с дизельными двигателями составляют почти половину от всего количества транспортных средств, ежегодно продаваемых как на официальных дилерских площадках, так и на вторичном рынке.

Силовые установки этого типа характеризуются экономичностью, значительной мощностью и динамикой. Такие агрегаты демонстрируют высокий крутящий момент и принципиально недоступный для бензиновых двигателей КПД (35%-35% у дизельных систем против 25%-35% у их аналогов). Эти преимущества, а также понизившийся уровень шума при эксплуатации и полное соответствие перманентно усложняющимся стандартам безопасности окружающей среды и обеспечили популярность дизелей как в легковом, так и в коммерческих классах транспортных средств.

Как происходит запуск дизельного двигателя?

Принцип работы дизельного двигателя следующий: в цилиндры поступает чистый воздух, который вследствие высокого сжатия нагревается до 700°С и более. После этого, при приближении поршня к верхней точке его траектории в камеру сгорания под давлением подается горючее, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Момент воспламенения сопровождается резким повышением давления в цилиндре. Такой принцип работы позволяет мотору работать на максимально обедненных смесях, что обеспечивает экономичность его эксплуатации.

Для холодного старта дизеля используется система предпускового нагрева, основным элементом которой являются свечи накаливания –нагревательные элементы, размещенные в камерах сгорания. Они позволяют за несколько секунд поднять температуру воздуха до требуемого значения. При включении системы в салоне загорается лампочка. Ее обесточивание свидетельствует о готовности двигателя к запуску. Подача электроэнергии к свечам прерывается автоматически, спустя 15сек – 25 сек после старта. Это условие позволяет обеспечить стабильную работу непрогретого агрегата. Современные системы данного типа делают возможным легкий запуск дизеля при температурах до -30°С при условии исправности мотора и использования масла и топлива соответствующей сезонности и качества.

Конструктивные особенности

Схема дизельного двигателя в целом повторяет механизм бензинового силового агрегата с той разницей, что аналогичные детали значительно усиливаются с учетом более высоких нагрузок. Поскольку воспламенение происходит в результате сжатия, из схемы исключаются компоненты системы зажигания, а свечи заменяются на элементы накаливания, не дающие искры и предназначенные для предварительного прогревания воздуха в камерах сгорания.

Характерной особенностью конструкции дизельного двигателя, связанной с самим принципом его работы, является геометрия днища поршней. Их форма определяется спецификой камеры сгорания. В верхней точке хода поршня, его днище оказывается выше самой крайней точки блока цилиндров. В некоторых случаях, в донышке поршня и располагается сама камера сгорания. От ее типа и реализованного способа подачи смеси и зависят технические и экологические характеристики конкретной модели дизельного двигателя.

Типы камер сгорания

В зависимости от их геометрии различают следующие виды камер сгорания.

Разделенные. В этом случае первичный впрыск горючего производится в отдельную полость, расположенную в головке блока. Такая технология позволяет снизить нагрузку на поршневую группу, а также значительно уменьшить шум от работы двигателя.

При этом процесс образования смеси может быть:

Форкамерным (предкамерным). Топливо под давлением поступает в предварительную камеру, соединенную с цилиндром несколькими каналами, где ударяется о ее стенки и таким образом смешивается с воздухом. После воспламенения смесь передается в основную камеру, где и дожигается полностью. Необходимый для максимально быстрого истечения газов через каналы перепад давления между цилиндром и форкамерой возникает в момент хода поршня на сжатие и на расширение.

Вихрекамерным. В этом случае первичное возгорание смеси также производится в отдельной камере, имеющей сферическую геометрию. В момент хода поршня на сжатие порция воздуха поступает в нее по соединительному каналу и интенсивно закручивается, образуя вихревой поток, за счет чего хорошо смешивается с горючим, поданным в определенный момент.

Характерными недостатками агрегатов с разнесенными камерами сгорания является усложненный запуск и повышенный расход топлива в связи с потерями при переходе порции воздуха в дополнительную камеру и обратного хода воспламененной смеси – в цилиндр.

Неразделенные. В этом случае горючее под давлением подается в цилиндр, а камерой служит полость, выбранная в донце поршня. В силу того, что такие агрегаты характеризуются повышенным уровнем шума и вибраций в процессе работы, особенно – при разгоне, до недавнего времени неразделенные агрегаты использовались на низкооборотистых моторах большого объема, предназначенных для коммерческого транспорта. Появление электронных систем впрыска позволило оптимизировать сгорание смеси в таких двигателях и значительно снизить уровень шума от их работы, что в свою очередь сделало неразделенные конструкции наиболее перспективным технологическим решением при проектировании новых типов силовых агрегатов.

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Принцип работы дизельного двигателя обуславливает важность подачи в камеру сгорания строго дозированной порции смеси в определенный момент времени и под четко рассчитанным давлением. Система впрыска включает в себя следующие основные компоненты.

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Этот элемент предназначается для забора порции горючего от расположенного в баке насоса подкачки и поочередной раздачи дозированных порций в индивидуальные трубопроводы форсунок на каждый цилиндр. Конструкция таких распылителей подразумевает их открытие при повышении давления в топливных магистралях. В зависимости от технологических решений различают следующие типы ТНВД:

Многоплунжерные рядные. Этот вариант насоса состоит из отдельных секций, по одной на цилиндр. Как правило, блоки имеют рядную сборку. Каждая секция снабжена гильзой и плунжером, который приводится в движение мотором через кулачковый вал. Давление в подаваемом горючем зависит от частоты оборотов коленвала. Специфика конструкции такого насоса обуславливает высокий уровень шума при его работе и сложность в соблюдении актуальных экологических норм.

Распределительные. Этот тип насосов поддерживает необходимое давление в соответствии с режимом эксплуатации двигателя и отличаются равномерностью подачи горючего по цилиндрам, а также – стабильной работой на высоких оборотах. Конструкции данного типа имеют один плунжер, который перемещается в двух плоскостях. Поступательные движения обеспечивают нагнетание порции горючего, а вращательные – распределяют его по форсункам. Специфика распределительных насосов обуславливает требовательность к качеству топлива, так как оно служит для смазки трущихся деталей, а прецизионные элементы имеют минимально допустимые зазоры.

Топливные фильтры. Эта деталь дизельного двигателя предназначается для отделения и последующего отвода воды из заправленного в бак горючего, для чего используется сливная пробка в нижней части. Удаление воздуха из системы производится с помощью ручного насоса, расположенного на верхней стороне корпуса. Несмотря на относительную простоту конструкции, фильтр требует внимательного подбора по таким параметрам, как пропускная способность, тонкость очистки и т.д. Для предотвращения забивания кристаллизующимися парафинами и облегчения запуска в холодное время года система может снабжаться электроподогревом.

Турбонаддув. Этот элемент предназначен для нагнетания в цилиндры дополнительного объема воздуха, что позволяет увеличить подачу горючего и повысить мощность силового агрегата. Принцип работы дизельного двигателя подразумевает высокое давление выхлопных газов, которое дает возможность обеспечить эффективность наддува с низких оборотов и при этом избежать эффекта «турбо-ямы». Отсутствие дроссельной заслонки в силовых агрегатах этого типа упрощает схему управления компрессором и позволяет поддерживать эффективность наполнения цилиндров во всем диапазоне оборотов. В первую очередь, наддув позволяет оптимизировать процессы сгорания смеси в ситуациях, в которых атмосферный силовой агрегат будет испытывать нехватку воздуха. Наличие турбины обеспечивает повышение мощности при меньшем рабочем объеме и меньшей массе мотора. При этом снижается жесткость его работы. Установка дополнительного интеркулера – промежуточного охладителя воздуха, позволяет дополнительно повысить мощность силового агрегата на 15% и более за счет увеличения массового наполнения цилиндров.

Специфика работы турбины обуславливает срок ее эксплуатации, значительно меньший, чем ресурс самого дизельного двигателя. При этом, в связи с форсированием, снижается и срок работы силового агрегата, в камерах сгорания которого постоянно поддерживается повышенная температура, требующая охлаждения подаваемым через дополнительные форсунки маслом. Эта конструктивная особенность влечет за собой критическую требовательность мотора к качеству смазочных материалов.

Форсунки. Этот элемент топливной системы предназначен для подачи строго отмеренной дозы горючего в точно рассчитанный момент времени. Появление электронного управления подачей топлива позволило организовать его двухступенчатую подачу неравномерными порциями. При воспламенении первичной дозы повышается температура в камере, после чего в нее поступает основной «заряд» на этот цикл. Такая схема дала возможность исключить скачкообразное нарастание давления и снизить шум работы двигателя. В зависимости от конструкции различают два типа распылителей.

Насос-форсунки. Эта конструкция объединяет в себе распылитель и плунжерный насос. Данный элемент устанавливается по одному на каждый цилиндр и приводится в действие толкателем, соединенным с кулачком распредвала. Линии подачи и слива горючего представляют собой технологические каналы в головке блока, благодаря чему может быть достигнуто давление до 2200 бар. Электронный блок управления отвечает за дозирование порции топлива и контроль угла опережения впрыска путем отправки сигналов на запорные пьезоэлектрические или электромагнитные клапаны. Конструкция насос-форсунок позволяет эксплуатировать их в многоимпульсном режиме, совершая от 2 до 4 впрысков за один цикл. Такая технология позволяет смягчить работу силового агрегата и снизить токсичность выхлопа.

Common Rail. Эта конструкция представляет собой общую топливную магистраль (рампу), в которой накапливается горючее, после чего по команде электронного управляющего блока впрыскивается через пьезоэлектрические или электромагнитные форсунки. Конструкция данного типа подразумевает применение ТНВД только для нагнетания давления в аккумуляторе, не используя его для регулировки момента впрыска и дозирования порций топлива. Такое конструктивное решение позволило сократить расход горючего до 20% при одновременном возрастании крутящего момента на малых оборотах до 25%. Электронный блок управления распылителями контролирует длительность фазы впрыска и оптимальный момент ее проведения по показателям ряда датчиков – температурного режима мотора, текущей нагрузки на него, давления в рампе, положение педали акселератора и т.д.

Сочетания турбины и системы Common Rail на сегодняшний день считается наиболее эффективным способом увеличения мощности дизельного двигателя при одновременном уменьшении токсичности его выхлопа.

Принцип действия дизельного двигателя

Дизель — это двигатель внутреннего сгорания с КПД более 50%. Большое значение этому агрегату дают низкий расход топлива и низкая токсичность. Дизельный двигатель адаптирован к наддуву воздуха — за счет этого повышается мощность, кпд и уменьшается содержание вредных веществ в отработанном газе (ОГ). Дизели работают по двухтактному и четырехтактному принципу. Но большинство автомобилей сегодня используют четырехтактный принцип.

Принцип действия

Дизельный двигатель может быть одноцилиндровым или многоцилиндровым. При сгорании дизельного топлива в камере сгорания повышается давление, которое заставляет поршень совершить возвратно-поступательное действие в цилиндре. Этот принцип действия называется «поршневой двигатель». Шатун преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленвала. Маховик на коленвале сглаживает неравномерное вращение из-за последовательного сгорания топлива в отдельных цилиндрах.

Четырехтактный процесс

Рисунок 1- Четырехтактный процесс

а — такт впуска; б — такт сжатия; в — рабочий ход; г — такт выпуска; 1— впускной клапан; 2 — форсунка; 3 — выпускной клапан; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 —топливный насос высокого давления

Первый такт — впуск

Поршень, находящийся в верхней точке, начинает движение вниз и увеличивается объем цилиндра. Через открытый впускной клапан в цилиндр засасывается воздух. В нижней мертвой точке поршня, объем цилиндра становится максимально допустимым.

Второй такт — сжатие

Впускной клапан закрыт и поршень, начиная своё движение, сжимает воздух, который от степени сжатия начинает нагреваться до высокой температуры (максимально доходящей до 900 С). В конце процесса сжатия в разогретый воздух форсункой впрыскивается топливо. В верхней мертвой точке поршня объем цилиндра достигает минимальное значение.

Третий такт — рабочий ход

После задержки воспламенения (это связано с углом поворота коленвала) происходит рабочий ход. Топливо в сильно сжатом воздухе воспламеняется и сгорает в камере сгорания. Из-за этого заряд топливовоздушной смеси, созданной ТНВД, разогревается и давление поднимается выше. Количество впрыснутого топлива определяется количество освобожденной при сгорании энергии. Под действием давления поршень опускается вниз и тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кривошипно-шатунная система переводит кинетическую энергию поршня в энергию вращения коленвала.

Четвертый такт — выпуск

Незадолго до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Горячий газ находящийся под давлением выходит из цилиндра. Движение поршня вверх позволяет вытеснить остаток газа. Коленвал проходит два оборота и цикл повторяется сначала.

Кулачки впуска и выпуска распредвала отвечают за работу (открытия и закрытия) клапанов. Распредвал приводится от коленвала зубчатым ремнем или шестернями. Рабочий цикл, при четырех вышеописанных тактах, совершается за два оборота коленвала, поэтому распредвал вращается с частотой меньшей вдвое, чем коленчатый.

В момент перехода от такта выпуска к такту впуска — клапаны открыты одновременно. Этот момент называется — перекрытие клапанов. В это время отработавшие газы вытесняются новым воздухом в выпускной коллектор, таким образом охлаждая цилиндр.

Степень сжатия в двигателе оказывает влияние на:

процесс холодного пуска;
крутящий момент;
расход топлива;
шумность работы;
эмиссию отработанных газов.

Принцип работы двигателя определил наличие следующих систем:

кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала;

механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу;

система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла;

система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла;

система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии;

система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.

TNVD.ORG, 2022

Если вы хотите найти милую проститутку, сделайте это с помощью веб-сайта http://prostitutkikazani.date. После тяжелого рабочего дня секс с шлюхами будет для вас самым лучшим выводом.

Спасибо, Ваше сообщение успешно отправлено!

Как работают дизельные двигатели?

Автор: Дина Склар и

Обновлено: 24 мая 2021 г.

Из книги: Ремонт автомобилей для чайников, 2-е издание

Купить 1 Книга 1 для чайников. Amazon

Основное различие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в том, что в дизельном двигателе топливо впрыскивается в камеры сгорания через топливные форсунки именно тогда, когда воздух в каждой камере находится под таким большим давлением, что становится горячим достаточно для самовоспламенения топлива.

Ниже приводится пошаговое описание того, что происходит при запуске автомобиля с дизельным двигателем.

Вы поворачиваете ключ в замке зажигания.
Затем вы ждете, пока двигатель не нагреется до достаточного количества тепла в цилиндрах для удовлетворительного запуска. (Большинство автомобилей имеют небольшую лампочку, которая говорит «Подождите», но знойный компьютерный голос может выполнять ту же работу на некоторых автомобилях.) Поворот ключа запускает процесс, при котором топливо впрыскивается в цилиндры под таким высоким давлением, что оно нагревает цилиндры. воздух в цилиндрах сам по себе. Время, необходимое для прогрева, резко сократилось — вероятно, не более 1,5 секунд в умеренную погоду.
Дизельное топливо менее летучее, чем бензин, и его легче запустить, если камера сгорания предварительно прогрета, поэтому производители изначально устанавливали маленькие свечи накаливания, которые работали от аккумулятора для предварительного нагрева воздуха в цилиндрах при первом запуске двигателя. Усовершенствованные методы управления подачей топлива и более высокое давление впрыска теперь создают достаточно тепла, чтобы достать топливо без свечей накаливания, но свечи по-прежнему используются для контроля выбросов: дополнительное тепло, которое они обеспечивают, помогает сжигать топливо более эффективно. В некоторых автомобилях эти камеры все еще есть, в других нет, но результаты все те же.
Свечи накаливания обеспечивают дополнительное тепло для более эффективного сжигания топлива.
Загорается индикатор «Старт».
Когда вы его видите, вы нажимаете на педаль газа и поворачиваете ключ зажигания в положение «Старт».
Топливные насосы подают топливо из топливного бака в двигатель.
По пути топливо проходит через пару топливных фильтров, которые очищают его, прежде чем оно попадет к форсункам топливных форсунок. Надлежащее обслуживание фильтров особенно важно для дизельных двигателей, поскольку загрязнение топливом может засорить крошечные отверстия в форсунках форсунок.
Фильтр дизельного топлива
Топливный насос высокого давления нагнетает топливо в подающую трубку.
Эта нагнетательная трубка называется направляющей и держит ее там под постоянным высоким давлением 23 500 фунтов на квадратный дюйм (psi) или даже выше, пока она подает топливо в каждый цилиндр в нужное время. (Давление впрыска бензинового топлива может составлять всего от 10 до 50 фунтов на квадратный дюйм!) Топливные форсунки подают топливо в виде тонкого распыления в камеры сгорания цилиндров через форсунки, управляемые блоком управления двигателем (ECU), который определяет давление, когда происходит распыление топлива, как долго оно длится и другие функции.
Устройство топливной форсунки
Другие дизельные топливные системы используют гидравлику, кристаллические пластины и другие методы управления впрыском топлива, и разрабатываются новые дизельные двигатели, которые еще более мощные и отзывчивые.
Система впрыска топлива Common Rail
Топливо, воздух и «огонь» встречаются в цилиндрах.
В то время как предыдущие шаги доставляют топливо туда, где оно должно быть, одновременно выполняется другой процесс, чтобы доставить воздух туда, где он должен быть для финальной, огненной игры мощности.
В обычных дизелях воздух поступает через воздухоочиститель, очень похожий на фильтры в автомобилях с газовым двигателем. Однако современные турбонагнетатели могут нагнетать в цилиндры больший объем воздуха и могут обеспечивать большую мощность и экономию топлива при оптимальных условиях. Турбокомпрессор может увеличить мощность дизельного автомобиля на 50 процентов, при этом снизив расход топлива на 20-25 процентов.
Горение распространяется от меньшего количества топлива, помещенного под давлением в камеру предварительного сгорания, на топливо и воздух в самой камере сгорания.

Эта статья взята из книги:

Ремонт автомобилей для чайников, 2-е издание,

Об авторе книги:

Дина Склар — известный специалист по ремонту автомобилей. Она появлялась в сотнях радио- и телешоу, включая шоу NBC Today и NBC Nightly News . Склар читает лекции на международном уровне об экологическом воздействии транспортных средств и активно продвигает программы солнечной энергии в жилых домах. Склар также является автором Покупка машины для чайников.

Эту статью можно найти в категории:

Общий ремонт и техническое обслуживание автомобилей,

Дизельный двигатель — Обучение энергетике

Обучение энергетике

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1 Схема рядного четырехцилиндрового двигателя. Поршни серого цвета, коленвал зеленого цвета, блок прозрачный ^[1]

Дизельный двигатель — это тепловой двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Эти двигатели приводят в действие небольшие электрические генераторы, называемые дизельными генераторами, часто в отдаленных районах, а также двигатели легковых и грузовых автомобилей (как больших, так и малых).

Процессы

Воспламенение топлива

Дизельные двигатели воспламеняют свое топливо за счет сжатия. Температура молекул газа повышается при уменьшении объема по закону идеального газа (если газ при этом не охлаждается). Дизельные двигатели полагаются на это. Поршень сжимает воздух в цилиндре (см. рис. 1), сильно нагревая его. Затем дизельное топливо распыляется в форсунках, и в горячий воздух распыляется туман. Горячий воздух сразу воспламеняет топливо, обеспечивая воспламенение. ^[2]

Это воспламенение заставляет дизельное топливо сгорать с кислородом из атмосферы, что превращает химическую энергию в повышенную температуру, что позволяет газу выталкивать поршень обратно, см. рис. 1.

В холодном состоянии в дизельных двигателях используется нагретый кусок металла, называемый свечой накаливания, который способствует воспламенению дизельного топлива. ^[3]

Запуск

Запустить дизельный двигатель сложнее, чем бензиновый, поскольку дизельные двигатели воспламеняют свое топливо. Стартер дизельного двигателя должен быть достаточно мощным, чтобы сжимать газ внутри цилиндров, воспламеняя дизельно-воздушную смесь. Это требует более высокой потребляемой мощности, чем традиционный двигатель с искровым зажиганием, поэтому дизельные двигатели имеют более надежные батареи.

Детали дизельного двигателя

Блок

Блок является основой двигателя. Это большой металлический блок, обычно алюминиевый или стальной, с прорезанными в нем отверстиями для цилиндров.

Цилиндры

Работа выполняется в цилиндрах двигателя. Топливо впрыскивается в цилиндры, где оно воспламеняется при сжатии дизельного топлива и воздуха, что приводит к взрыву. Этот взрыв приводит в движение поршни, совершая работу, позволяя транспортному средству двигаться вперед.

Поршни

Поршни — это устройства, которые скользят вверх и вниз внутри цилиндров. Их работа состоит в том, чтобы скользить внутрь и наружу, соединенные с коленчатым валом, чтобы сжимать воздух, впрыскиваемый в камеру — это заставляет воздух нагреваться. Объем воздуха, поступающего в камеру, сжимается примерно в 14-25 раз по сравнению с первоначальным объемом. ^[4]

Распределительный вал

основной артикул

Распределительный вал — это устройство, которое управляет синхронизацией двигателя. Работа распределительного вала заключается в регулировании подачи топлива в двигатель и выпуска выхлопных газов. Эта, казалось бы, простая работа может оказать большое влияние на работу двигателя.

Форсунки

Топливная форсунка предназначена для распыления топлива. Это означает превращение жидкого топлива в туман, что резко увеличивает площадь его поверхности. Это позволяет топливу сгорать быстрее, давая больший импульс поршню. Топливные форсунки — это улучшение по сравнению с карбюраторами, поскольку они требуют меньшего обслуживания и лучше распыляют топливо. Впрыск топлива обеспечивает более высокую эффективность двигателя, что может привести к увеличению мощности и увеличению расхода топлива.

Коленчатый вал

основной артикул

Коленчатый вал является наиболее важной частью двигателя, поскольку он соединяет части вместе и позволяет двигателю создавать мощность. Его цель состоит в том, чтобы превратить прямолинейное (вверх и вниз) движение поршней во вращательное движение. Один конец коленчатого вала прикреплен к распределительному валу через зубчатый ремень. Другой конец подключен к маховику, который регулирует мощность, выходящую из двигателя, что-то вроде защиты от перенапряжения для вашего компьютера.

Стартер

Это одно из самых больших отличий дизельного двигателя от бензинового. Поскольку дизельные двигатели воспламеняют свое топливо за счет сжатия, стартер должен быть в состоянии вызвать это сжатие, чтобы двигатель начал двигаться. Это означает, что аккумулятор автомобиля с дизельным двигателем должен быть более мощным, чем аккумулятор автомобиля с бензиновым двигателем.