Система питания дизельного двигателя: устройство. Как работает дизельный двигатель схема
Принцип и схема работы дизельного двигателя
Впечатляющими темпами развиваются дизельные технологии особенно в последние десять лет. Половина новых автомобилей продаваемых сегодня в Европе является их модификациями имеющими дизельный мотор. Несмотря на то, что принцип работы дизельного двигателя остался прежним, он стал тише, экологически чище, а неприятный запах, черный густой дым из трубы и громкое тарахтение остались далеко в прошлом.
Таким был дизель на заре своего становления
Не только экономичность, но и высокая мощность, хорошая динамика стали основными характерными особенностями современных дизельных моторов. Интересно как же удается дизелю отвечать постоянно возрастающим значениям норм токсичности, не только не проигрывая при этом в мощности и экономичности, а постоянно улучшая эти показатели. Попробуем по порядку все рассмотреть.
Как работает дизель, что хорошо, а что не совсем
Главным принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является способ приготовления рабочей горючей смеси и дальнейшего ее воспламенения. В большинстве карбюраторных и инжекторных бензиновых двигателей рабочая смесь приготавливается во впускном тракте. Хотя и в некоторых бензиновых двигателях смесь, образуется, как и в дизеле прямо в цилиндре. Воспламенение смеси в бензиновом моторе происходит в нужный момент от электрического пробоя (искры), а в дизеле от высокой температуры находящегося в цилиндре воздуха.
Примерно так выглядит возгорание в дизельном двигателе
Работает дизель так: при ходе поршня вниз происходит всасывание в цилиндр чистого воздуха, который нагревается при ходе поршня вверх. При этом температура работы дизельного двигателя доходит до 700-900°с, что вызвано высокой степенью сжатия. Когда поршень подходит в верхнюю мертвую точку в камеру сгорания впрыскивается под высоким давлением дизельное топливо и, соприкасаясь с разогретым воздухом, самовоспламеняется. Самовоспламенившееся дизтопливо, расширяясь, приводит к резкому нарастанию давления в цилиндре, чем в принципе и вызвана повышенная шумность работы дизеля.
Описанный выше принцип работы позволяет дизелю использовать очень бедную смесь при сравнительно дешевом дизельном топливе, а это в свою очередь определяет его высокую экономичность и неприхотливость. Дизель имеет на 10% выше КПД и крутящий момент больше, чем у бензинового двигателя. Основными недостатками дизельных моторов являются повышенная шумность и вибрация, трудности холодного пуска и, безусловно, меньшая мощность на единицу объема, хотя современные модели этих недостатков практически не имеют.
Особенности и устройство некоторых узлов
Учитывая, что степень сжатия дизельного двигателя примерно в 2 раза больше, степени сжатия бензинового, аналогичные его детали существенно усиливаются, так как должны будут выдерживать более высокие нагрузки. Характерной деталью дизеля является его поршень, форма днища которого зависит от камеры сгорания вернее от ее типа, а во многих случаях сама камера сгорания устроена в днище того же поршня. В отличие от бензиновых двигателей днища поршней дизеля, в верхней мертвой точке, выступают за верхнюю плоскость блока цилиндров. Поскольку рабочая смесь самовоспламеняется от сжатия, у дизеля отсутствует привычная система зажигания, хотя свечи применяются и на дизеле.
Свеча накаливания в дизельном двигателе
И это свечи с вмонтированной спиралью накаливания, которые предназначены подогревать воздух в камере сгорания особенно перед холодным пуском двигателя. Основные показатели дизельного двигателя как технические, так и экологические определяются в основном системой впрыска топлива, и типом камеры сгорания.
Принцип работы камер сгорания и их типы
В дизельных двигателях камеры сгорания могут быть двух типов неразделенные и разделенные. До недавнего времени в легковом машиностроении преобладали дизельные двигатели с раздельными камерами сгорания. Топливо в этом случае впрыскивалось не в пространство над поршнем, а в камеру сгорания расположенную в головке блока цилиндров. Раздельные камеры сгорания, в зависимости от процесса образования смеси предкамерный (форкамерный) или вихрекамерный, конструктивно выполняются по-разному.
При форкамерном процессе впрыск топлива производится в предварительную камеру, сообщающуюся небольшими отверстиями или каналами с цилиндром, топливо, ударяясь об ее стенки, смешивается с воздухом. Воспламенившаяся смесь с большой скоростью по каналам, сечения которых подобраны, так что бы при сжатии и разрежении возникала большая разница давлений между предварительной камерой и цилиндром, попадает в основную камеру, где и полностью сгорает.
При вихрекамерном процессе сгорание смеси также начинается в отдельной камере, представляющей собой полую сферу. В ходе такта сжатия воздух через соединительный канал попадает в эту камеру и, закручиваясь в ней, образует вихрь, благодаря чему топливо, впрыснутое в нужное время, тщательно перемешивается с воздухом.
Как видим, в разделенной камере схема работы дизельного двигателя такова: топливо сгорает как бы в два этапа, что, безусловно, снижает нагрузку на поршни, тем самым обеспечивая более мягкую работу двигателя. Одним из недостатков дизельных двигателей выполненных с разделенной камерой сгорания можно назвать увеличенный расход топлива за счет потерь происходящих из-за большой поверхности такой камеры, а также существенных потерь на перетекание воздуха из цилиндра в дополнительную камеру и потом уже горючей смеси назад в цилиндр. Указанные потери ухудшают кроме того пусковые характеристики дизеля.
Типы камер дизельного двигателя
Ну а теперь о дизельных двигателях с неразделенной камерой сгорания или как их еще называют дизели с непосредственным впрыском. В таком двигателе камера сгорания представляет собой полость определенной формы, конструктивно выполненную в днище поршня, а впрыск топлива производится в цилиндр непосредственно. Непосредственный впрыск еще не так давно был прерогативой низкооборотистых дизельных двигателей имеющих большой объем и устанавливаемых на грузовые автомобили. Очень уж подкупала экономичность дизельных двигателей с непосредственным впрыском, но их применение на дизельных моторах небольшого литража сдерживалось конструктивными трудностями по организации, собственно говоря, процесса сгорания и вдобавок еще повышенными вибрацией и шумом появлявшихся в режиме набора скорости.
Применение появившихся в последнее время, электронных систем управления дозированием топлива, позволило оптимизировать сгорание рабочей смеси в дизелях с непосредственным впрыском (с неразделенной камерой сгорания), что в свою очередь привело к снижению вибрации и шума. Сегодня разрабатываемые новые дизельные двигатели в своей конструкции используют непосредственный впрыск дизтоплива.
Топливоподающие системы
Система топливоподачи, являясь одним из важнейших звеньев дизельного двигателя, предназначена для обеспечения его в нужный момент времени необходимым количеством топлива, причем с заданным давлением .
Важным элементом системы топливоподачи является топливный насос высокого давления (ТНВД), который в нужной последовательности нагнетает необходимые количества дизельного топлива, поступающего от подкачивающего насоса с бака, в магистрали гидромеханических форсунок каждого цилиндра. При наличии высокого давления перед форсункой она открываются, а при его отсутствии или снижении закрываются.
Топливный насос высокого давления
Топливные насосы высокого давления бывают двух типов: насосы рядные многоплунжерные и насосы распределительного типа. Рядный насос представляет собой набор отдельных секций, по количеству цилиндров расположенных в один ряд, отсюда и такое название. Секция состоит из гильзы и входящего в нее плунжера, приводимого в движение валом с кулачками, который получает вращение от двигателя. Несмотря на разные принципы работы дизельных двигателей в современных автомобилях, такие насосы сейчас практически не применяются, потому что давление создаваемое ими не постоянно вследствие зависимости от оборотов коленчатого вала и еще из-за того что не могут обеспечить современные требования предъявляемые к шумности и экологии.
В отличие от рядных насосов распределительные насосы способны создать более высокое давление при впрыске топлива и тем самым обеспечить достижение регламентированных, действующими нормативами, значений токсичности выхлопных газов. Такие насосы создают давление с параметрами соответствующими режиму работы двигателя. Распределительный насос имеет в конструкции плунжер-распределитель, выполняющий вращательное и поступательное движения, при поступательном движении происходит нагнетание топлива, а при вращательном его распределение по форсункам. Эти насосы компактны, осуществляют равномерную подачу и распределение топлива по цилиндрам, а также отлично работают на высоких оборотах. Распределительные насосы очень чувствительны к чистоте и качеству дизтоплива, поскольку все прецизионные детали таких насосов им смазываются, а зазоры между ними очень малы.
Для впрыска топлива используется еще насос-форсунка, установленная в головку блока двигателя на каждый цилиндр, и приводится в действие кулачком распредвала через толкатель. При этом такты работы дизельного двигателя происходят поочередно. Топливные магистрали к насос-форсунке выполнены в головке блока в виде каналов, в связи, с чем развивается давление около 2200 бар. Дозировка сжатого до такой степени топлива, управление углом опережения впрыска выполняется при помощи специального электронного блока, выдающего управляющие команды на электромагнитные или пьезоэлектрические запорные клапаны насосов-форсунок.
Составные части насос-форсунки
Возможность данных устройств работать в импульсном режиме позволяет производить предварительный впрыск, подавая небольшую сначала порцию топлива, что в свою очередь делает работу двигателя мягче и снижает токсичность выхлопа. Основным недостатком таких форсунок является зависимость давления от оборотов дизеля и, безусловно, очень высокая их стоимость из-за сложной технологии изготовления.
Турбонаддув, турбодизель
Турбонаддув является эффективным способом увеличения мощности дизеля. С его помощью можно наполнить цилиндры дополнительным количеством рабочей смеси, тем самым увеличить мощность двигателя. Наличие повышенного в полтора два раза давления выхлопных газов дизеля против бензинового, позволяет турбокомпрессору обеспечить турбонаддув с очень низких оборотов, и избежать так свойственного бензиновым двигателям провала. Поскольку в дизеле отсутствует дроссельная заслонка, то для эффективного наполнения цилиндров в разных режимах не требуется сложных систем для управления турбокомпрессором. Наддув помогает получить одинаковую мощность турбодизеля с обычным дизелем при меньшем рабочем объеме, что в свою очередь позволяет снизить его массу.
Турбонаддув позволяет оптимизировать работу двигателя в высокогорных районах, компенсируя нехватку воздуха и тем самым, не допуская снижение мощности. Недостатки турбодизеля в основном связаны с надежной работой турбокомпрессора, ресурс которого значительно меньше ресурса двигателя из-за жестких требований к качеству моторного масла. Поломка турбокомпрессора может вывести со стоя и сам двигатель. Следует сказать, что собственный ресурс турбодизеля все-таки ниже такого же обычного дизельного двигателя в основном из-за большой степени форсирования. У таких дизельных двигателей с турбонаддувом, как правило, повышенная температура газов в камере сгорания, и для обеспечения надежной работы поршней они охлаждаются маслом, которое подается через специальные распылители снизу.
Видео — принцип работы дизельного двигателя
3D работа двигателя внутреннего сгорания.flv
note2auto.ru
Принцип работы дизельного двигателя в современных установках
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
Принцип дизельного двигателя » Привет Студент!
Рис. 1.Дизельный двигатель
Дизели состоят из большого количества различных устройств, выполняющих в процессе их эксплуатации определенные функции. Остов дизеля образуют фундаментная рама 6 (рис. 1), станина и цилиндры 3, закрытые сверху крышками 5. У судовых дизелей станина и цилиндры чаще всего выполнены в виде общей отливки, называемой блок-картером.
Внутри цилиндра передвигается поршень 4, шарнирно связанный с шатуном 2, нижняя часть которого шарнирно соединена с коленчатым валом 1. Поршень, шатун и коленчатый вал образуют кривошипно-шатунный механизм, преобразующий поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками, а расстояние, проходимое поршнем при его движении от одной мертвой точки до другой,— ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.
Кроме перечисленных основных деталей остова, поршней, шатунов и коленчатого вала, дизель имеет еще целый комплекс механизмов, узлов, аппаратов и приборов, обеспечивающих его работу, называемых системами. Заполнение цилиндров воздухом (свежим зарядом) и очистку их в нужный момент от продуктов сгорания топлива осуществляет, например, система газораспределения. Очистку, хранение и подачу топлива в цилиндры выполняют устройства топливной системы. Непрерывное смазывание трущихся деталей дизеля обеспечивает смазочная система. При работе дизеля цилиндры и их крышки, поршни, выпускной коллектор и другие детали интенсивно нагреваются. Для отвода теплоты от этих деталей дизеля используется система охлаждения. С помощью системы регулирования автоматически поддерживается с определенной точностью заданная частота вращения коленчатого вала. В процессе эксплуатации судна возникает необходимость в изменении частоты вращения коленчатого вала, а также в пуске, реверсировании (обеспечении хода судна вперед или назад) и остановке дизеля. Эти операции выполняет система управления. Нормальная и безаварийная работа дизеля контролируется с помощью системы предупредительноаварийной сигнализации и защиты.
Кроме перечисленных групп деталей, механизмов и систем, в конструкции дизелей могут быть и другие устройства, например средства приготовления и хранения сжатого воздуха, утилизации (использования теплоты выпускных газов), нейтрализации (обезвреживания) выпускных газов и т. п.
Четырехтактные дизели. При работе двигателя в его цилиндрах происходят термодинамические процессы впуска (наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха), сжатия заряда, воспламенения и сгорания топлива, расширения газообразных продуктов сгорания топлива и выпуска их из цилиндров. Названные процессы в определенной последовательности периодически повторяются в каждом цилиндре двигателя. В комплексе все эти процессы, обеспечивающие преобразование химической энергии топлива в тепловую и механическую, называют циклом, а часть цикла, осуществляемую в цилиндре за один ход поршня,— тактом. Цикл у поршневых двигателей внутреннего сгорания может совершаться за четыре или два хода поршня (два или один оборот кривошипа). Поэтому двигатели называют соответственно четырех- или двухтактными.
Рассмотрим принцип действия четырехтактного дизеля. Предположим, что поршень 6 (рис. 2, а) при вращении коленчатого вала 8 через шатун 7 перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Впускной клапан 2 системой газораспределения открыт, а выпускной клапан 4 закрыт. По мере движения поршня вниз объем над ним увеличивается, а давление падает. И когда оно становится ниже атмосферного (менее 0,1 МПа), в пространство между крышкой 1, стенками цилиндра 5 и поршнем 6 поступает воздух. Осуществляется такт впуска (наполнения) цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим Vs, а объем над поршнем, когда последний находится в НМТ,— полным объемом цилиндра Va
Чем больше воздуха будет в цилиндрах дизеля, тем больше можно сжечь в них топлива и, следовательно, получить большую мощность. Всасывание воздуха из атмосферы не может начаться сразу же с началом движения поршня от ВМТ, так как давление остаточных газов в цилиндре в первый момент выше атмосферного. Поэтому для увеличения массы воздуха в цилиндре дизеля впускные клапаны открываются несколько раньше (до прихода поршня в ВМТ), когда кривошип (колено) вала 8 не доходит до ВМТ на угол F1 О том, как протекает рабочий цикл в цилиндрах дизеля, можно судить по индикаторной диаграмме (замкнутой кривой), которую получают во время работы дизеля с помощью специального прибора (индикатора).
Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля
По вертикальной оси диаграммы можно определить давление газов р в зависимости от их объема V, т. е. положения поршня в цилиндре. Изменение давления в период впуска воздуха на индикаторной диаграмме изображено линией ram. Давление при впуске воздуха в цилиндры остается практически постоянным. Когда поршень придет в НМТ, всасывание воздуха не прекратится и даже продолжается при движении поршня вверх, пока давление в цилиндре не станет выше атмосферного. Процесс впуска завершается по диаграмме в точке m, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх, а кривошип коленчатого вала повернется от НМТ на угол <F2. Последовательность открытия и закрытия клапанов показана на круговой диаграмме распределения. Моменты открытия и закрытия их называют фазами газораспределения. Значения углов опережения открытия клапанов и запаздывания их закрытия устанавливают в каждом конкретном случае при заводских испытаниях дизелей.
В момент закрытия впускного клапана поршень, двигаясь к ВМТ (рис. 2, б), будет сжимать поступивший в цилиндр воздух. Процесс сжатия, сопровождаемый повышением давления и температуры воздуха, показан на индикаторной диаграмме линией mс. Температура воздуха в конце сжатия должна находиться в пределах, достаточных для самовоспламенения топлива. Обычно избыточное давление воздуха в конце сжатия достигает 3—10 МПа, а температура 580—800 °С. С приходом поршня в ВМТ объем над ним уменьшается до Vс — объема камеры сжатия. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия Va/Vc называют степенью сжатия г. Оно показывает, во сколько раз уменьшается объем газов в цилиндре за ход сжатия. У дизелей е колеблется от 12 до 18.
Так как топливо самовоспламеняется не сразу в момент впрыскивания, оно подается в цилиндр через форсунку 3 (рис. 2, в) в конце такта сжатия (до прихода поршня в ВМТ). На индикаторной диаграмме момент подачи топлива соответствует точке c1. Кривошип коленчатого вала в этом случае не доходит до ВМТ на угол фз, называемый углом опережения подачи топлива. При сгорании топлива избыточное давление и температура газов в цилиндрах дизеля (в точке z по диаграмме) возрастают соответственно до 6—15 МПа и 1400—1900 °С. Поршень под давлением газов смещается вниз к НМТ, поворачивая через шатун коленчатый вал.
Объем рабочего газа увеличивается, а давление его понижается. Происходит процесс расширения продуктов сгорания топлива. По индикаторной диаграмме он заканчивается в точке Ь до прихода поршня в НМТ. Так как газ при расширении совершает полезную работу, этот ход поршня называют рабочим.
До прихода поршня в НМТ (в конце рабочего хода) открывается выпускной клапан 4 (рис. 2, г), и продукты сгорания топлива вытесняются из цилиндра в выпускной коллектор. Чем большая масса газов будет удалена из цилиндра, тем, следовательно, при последующем такте впуска в него больше поступит воздуха. Поэтому процесс выпуска (линия bn) начинается с опережением на угол ф4 и заканчивается с опозданием на угол ф5. С запаздыванием закрытия выпускного клапана продукты сгорания топлива даже при движении поршня вниз еще некоторое время, вследствие большой скорости истечения, вытесняются в выпускной коллектор по инер
ции. Избыточное давление газов в начале выпуска (в точке b по индикаторной диаграмме) составляет 0,3—1,0 МПа, а температура 800—1050 °С. В период выпуска давление и температура газов понижаются соответственно до 0,11—0,25 МПа и 450—650 °С. Затем цикл повторяется. Как видно из рассмотренной схемы работы, в конце такта выпуска и начале такта впуска цилиндры четырехтактного дизеля при открытых впускных и выпускных клапанах некоторое время сообщаются как с впускным, так и выпускным коллектором. За этот период происходит продувка (принудительная вентиляция) камеры сгорания свежим зарядом воздуха. Продолжительность одновременного открытия клапанов должна быть достаточной для завершения очистки цилиндра от продуктов сгорания топлива при условии восстановления потерь свежего заряда воздуха, уходящего с выпускными газами в период вентиляции камеры сгорания.
Двухтактные дизели. У четырехтактных дизелей рабочий цикл осуществляется за четыре такта (два оборота коленчатого вала), причем только один ход поршня является рабочим, а остальные три совершаются в результате работы расширения продуктов сгорания топлива. В двухтактных дизелях рабочий цикл совершается за два такта (один оборот коленчатого вала). Такие дизели в простейшем варианте не имеют впускных и выпускных клапанов в крышках 3 (рис. 3, а). Воздух в цилиндры 2 двухтактных дизелей нагнетает продувочный насос. Окна 6 поэтому называют продувочными. Газы выпускаются из цилиндров через окна а.
Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных дизелях осуществляются так же, как и в четырехтактных. Предположим, что поршень 5 движется вверх, как показано на рис. 3, а. В конце хода поршня через форсунку 4 в цилиндр 2 дизеля впрыскивается топливо. Смесь топлива с воздухом самовоспламеняется, и образовавшиеся при его сгорании газы, расширяясь, перемещают поршень 5 вниз. В момент открытия поршнем выпускных окон а газы выходят в выпускной коллектор 1 и давление в цилиндре 2 падает. Процесс выпуска газов продолжается до тех пор, пока поршень 5 при движении к НМТ не откроет продувочные окна б (рис. 3, б). С этого момента в цилиндре будут происходить одновременно два процесса: выпуск продуктов сгорания топлива и впуск воздуха (продувка цилиндров). Так как расширение газов является в данном такте основным процессом при движении поршня от ВМТ к НМТ, его называют рабочим ходом. Работа расширения газов при помощи шатуна 6 передается кривошипу 7.
При движении поршня вверх от НМТ к ВМТ процесс продувки цилиндра осуществляется до тех пор, пока поршень верхней кромкой не закроет продувочные окна. После продувочных перекрываются выпускные окна и происходит сжатие заряда, т. е. свежего воздуха и оставшихся в цилиндре продуктов сгорания топлива. Процесс сжатия является основным при движении поршня от НМТ к ВМТ, поэтому и такт называют тактом сжатия. С приближением поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку 4 впрыскивается топливо и цикл повторяется.
Сравнительная характеристика четырех- и двухтактных дизелей. Сравнение рабочих циклов дизелей показывает, что при одних и тех же размерах (диаметре цилиндра, ходе поршня) и при равной частоте вращения коленчатых валов двухтактные дизели должны развивать вдвое большую мощность, чем четырехтактные.
Рис. 3. Схема двухтактного дизеля
С точки зрения работы газа часть хода поршня двухтактного дизеля, используемая на продувку цилиндров, считается потерянной, поэтому практически двухтактный дизель при указанных выше одинаковых условиях развивает мощность не вдвое, а только в 1,7—1,8 раза больше четырехтактного. Устройство двухтактных дизелей с продувкой через окна в цилиндре проще четырехтактных, поэтому их легче обслуживать. Так как рабочий цикл в двухтактных дизелях совершается за один оборот коленчатого вала, последний вращается равномернее, чем у четырехтактных дизелей.
Однако в связи с более частым повторением процесса сгорания детали двухтактных дизелей испытывают большие температурные напряжения.
Рис. 4. Схема сил, действующих на основные детали дизеля
Несмотря на простоту устройства и обслуживания двухтактные дизели вследствие худшей очистки цилиндров, дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса и более высокий расход топлива менее экономичны, чем четырехтактные. Поэтому на речном транспорте получили наибольшее распространение четырехтактные дизели.
Следует отметить, что с увеличением мощности и уменьшением частоты вращения коленчатых валов двухтактных дизелей их экономичность резко возрастает и приближается к экономичности четырехтактных, поэтому дизели с рабочим объемом цилиндра более 215 дм3 делают, как правило, двухтактными.
Используемая литература: "Судовые энергетические установки" В.А. Сизых
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
privetstudent.com
Система питания дизельного двигателя: устройство :: SYL.ru
За последние годы технологии дизельных двигателей прошли значительный путь развития. Почти половина всех легковых машин, которые продаются в европейских странах – это автомобили с модифицированным под дизельное топливо силовым агрегатом. Сегодня такие моторы больше не создают клубы густого черного дыма, а шум при работе такого ДВС уже давно в прошлом. Силовые агрегаты на соляровом топливе на сегодняшний день не только экономичные, но и более экологически чистые по сравнению с агрегатами на бензине. Такие автомобили имеют более высокие характеристики по мощности, а динамические показатели стали лучше в десятки раз. Современный мотор на соляровом масле более тихий. Давайте рассмотрим, как так вышло, что такие ДВС лучше соответствуют нормам по токсичности выбросов и значительно выигрывают в тяговых и экономичных параметрах.
Принцип работы и схема
Система питания дизельного двигателя отличается иной конструкцией. Хотя на первый взгляд может показаться, что ДВС на соляре совсем не имеет хоть каких-то отличий от мотора на привычном бензине. Ведь здесь нет ничего особенного, а устройство и внутренние узлы агрегата такие же. Да и по сути, система питания дизельного двигателя, назначение которой – подавать горючую смесь в камеры сгорания, практически не имеет отличий. Здесь такие же поршни, цилиндры, шатуны. Но это только на первый взгляд.
На самом деле основное и принципиальное отличие - это система питания дизельного двигателя. Здесь можно видеть значительную разницу в способах образования и зажигания смеси из горючего и воздуха. Что в карбюраторном, что в обыкновенном инжекторном агрегате смесь создается не в цилиндрах, а в впускном тракте системы. Воспламенение смеси в таких моторах происходит не от искры, а от температур в цилиндре.
Система питания воздухом дизельного двигателя подает в цилиндры очищенный воздух, который впоследствии сильно сжимается, а затем нагревается до 900 градусов. Топливо под высоким давлением при помощи системы впрыска подпадает в камеры сгорания в тот момент, когда поршень подходит к своей верхней мертвой точке. Воздух уже достаточно горячий, а когда горючее смешивается с воздухом, происходит воспламенение. Смесь воспламеняется, создавая при этом рост давления. Это влечет за собой шум и жесткость работы таких моторов. Так, можно применять более дешевые горючие вещества, а мотор может работать даже на очень бедных смесях. Отсюда и более высокая экономичность. Такая схема система питания дизельного двигателя отличается более высоким КПД и, соответственно, крутящим моментом. Недостатками считается шум, вибрации, уменьшенная мощность на литр и некоторые трудности при попытке холодного запуска, а также возможные неисправности (система питания дизельного двигателя старых моделей более подвержена воздействию некачественного топлива). Однако в новых модификациях автомобилей, рассчитанных на такой вид горючего, этих проблем уже нет.
Устройство топливных систем
Система питания дизельного двигателя является особенно важной частью. Она должна обеспечить подачу необходимого количества горючего непосредственно в камеры сгорания.
Система питания дизельного двигателя: устройство
Процесс подачи топлива начинается с насоса высокого давления. Он принимает солярку из бака, которая подается при помощи насоса для низкого давления. Затем необходимые порции солярки нагнетаются в топливную магистраль форсунок гидромеханического типа для каждого из цилиндров. Эти форсунки под воздействием высокого давления в магистралях открываются, а закрываются, когда давление снижается.
Виды ТНВД
В природе существуют всего лишь два вида насосов высоко давления. Это рядный насос с многоплунжерной системой и распределительный насос.
Рядный насос
Данный ТНВД представлен в виде нескольких секций по количеству цилиндров. Каждая секция имеет отдельную гильзу и плунжер. Привод плунжера – кулачковый вал, который вращается от силового агрегата. Такие механизмы располагаются в ряд, поэтому и имеют соответствующее название. Их на сегодняшний день фактически не используют в конструкциях. Эти устройства не справляются с современными требованиями по уровню шума и экологичности. Также уровень давления, которое могут создавать такие насосы, зависит от количества оборотов коленчатого вала. Система питания дизельного двигателя «Камаз» имеет насос именно такого типа.
Устройство распределительного типа
Более современная система питания дизельного двигателя и ТНВД распределительного типа позволяет создавать более высокие показатели давления для системы впрыска. Кроме этого, такие насосы полностью соответствуют всем современным нормативам по токсичности и шуму. Эта система питания дизельного двигателя способна поддерживать необходимое давление в магистралях и системах питания при разных режимах работы мотора.
Распределительный насос высокого давления оснащен одним плунжером, который совершает поступательные движения для нагнетания топливной смеси, а также вращается для того, чтобы улучшить распределение горючего по форсункам. Эти устройства отличаются компактностью, равномерностью подачи, отличными рабочими показателями. Однако для того, чтобы эти устройства могли работать более эффективно, нужно следить за чистотой дизтоплива. Солярка работает в качестве смазки, а зазоры в узлах деталей очень маленькие.
Форсунки
Главное предназначение форсунок – это распыление смеси в камеру сгорания. Сколько горючей смеси будет распылено, оценивается по тонкости и однородности распыления, равномерности, отсечке, поддержке необходимого давления.
Форсунки разделяют на две группы по особенностям конструкции. Различают открытые и закрытые детали. Самый ответственный элемент этого узла – распылитель. Эта деталь выбирается в зависимости от типа камеры сгорания и того, как создается смесь дизеля и воздуха.
В форсунке закрытого исполнения давление, которое необходимо для распыления смеси, напрямую зависит от отношения площадей сечений плунжера и отверстий в сопле. Давление, которого будет достаточно для открытия форсунки, определяют тем усилием, которое нужно для затяжки пружины, создающей нагрузку на запорную иглу.
Раньше широко применялись форсунки с управлением посредством гидравлической системы. Дизтопливо подается к форсунке с помощью трубопровода под высоким давлением. Трубопровод, в свою очередь, соединяется со штуцером. Внутри штуцер имеет фильтр в виде сетки. Когда горючее прошло фильтр, тогда оно проходит во внутренние каналы форсунки и распылителя. Система питания дизельного двигателя «Камаз» 740 оснащена именно такими форсунками.
Непосредственно впрыск начинается тогда, когда давление, которое создает насос высокого давления, растет, вследствие чего сжимается пружина и открывается проход смеси к соплам. Когда давление падает, игла опускается и закрывается сопла. Здесь впрыск заканчивается.
Распылители в форсунках такого типа имеют несколько отверстий. Общее число отверстий зависит от того, как выполняется смесеобразование. Закрытые форсунки имеют преимущество. Здесь лучше проходит распыление, особенно на пониженных оборотах. Меньше течет дизель, их гораздо проще регулировать.
Камеры сгорания
Для легковых автомобилей эти узлы были преимущественно неразделенными. Процесс впрыска производится не в полость над поршнем, а в специальную камеру в ГБЦ. При этом существовало два вида процесса смесеобразования. Это предкамерный (или форкамерный) и вихрекамерный.
При использовании последнего вида процесса сгорание начинается в отдельной камере, которая имеет форму шара. В момент начала такта насос подает воздушную смесь в предкамеру и в ней же образуется как бы вихрь. Затем происходит впрыск и смешивается с воздухом.
Так, процесс сгорания состоит из двух ступеней. Это позволило значительно снизить нагрузку на поршни, а звук мотора стал значительно мягче. Недостаток таких моторов – это повышенный расход из-за потерь на поверхности камеры сгорания, огромных потерь на перетекание воздуха в отдельную камеру, а также попадания смеси в цилиндр. Также пусковые качества силового агрегата значительно хуже.
В моторах с неразделенной камерой горючее впрыскивается прямиком в полость цилиндра, в свою очередь, камера сгорания расположена на дне поршня. Подобную схему еще совсем недавно применяли на агрегатах с большими объемами, но низкими оборотами. Эти моторы оказались гораздо экономичнее, нежели агрегаты, оснащенные разделенной системой камер. Но использование их на небольших моторах было сопряжено с трудностями организации процесса, а также высоким уровнем шумов и вибрациями на разгоне.
Сегодня система питания дизельного двигателя, устройство которой мы рассмотрели, управляется электроникой, поэтому процесс дозирования значительно оптимизирован в агрегатах с неразделенной камерой, а также снизилась шумность при работе.
Система Common Rail
Вследствие некоторого ужесточения норм по экологии и выбросу токсичных веществ, которые предъявляли к силовым агрегатам на солярке, система питания дизельного двигателя подверглась некоторым изменениям. Поговорим об этом более подробно.
Что это такое?
Common Rail - это система впрыска, которую можно охарактеризовать, как впрыск смеси воздуха и дизеля под достаточно высоким, но атмосферным давлением. В результате с этой схемой можно понизить расход, а мощность увеличится.
Конечно, это далеко не все, на что способна эта схема. Удалось понизить шум и увеличить крутящий момент. Новая система стала особо популярной И сегодня каждая вторая машина оснащается вот этой самой схемой.
Недостатками системы считают высокие требования, которые предъявляются к качеству солярки. Если даже самые мелкие частицы проникнут в систему питания, тогда форсунки с управлением от ЭБУ могут выйти из строя.
Основные неисправности
Система питания дизельного двигателя имеет свойство изнашиваться и порой выходит из строя. Часто это может происходить из-за отказа работы устройств электроники и топливопроводных магистралей.
Основными неисправностями считаются засоры и разгерметизация. Также иногда случаются неполадки в работе насоса низкого давления.
Итак, мы выяснили, какое устройство имеет система питания топливом дизельного двигателя. Есть еще множество стандартных неисправностей, но это тема для другой статьи.
www.syl.ru
Дизельный двигатель
Главное и основное преимущество дизельного двигателя - экономичность. Чтобы понять, почему дизельный мотор расходует меньше топлива, достаточно знать, что его КПД выше бензинового. Причина - в особенностях конструкции и принципе работе мотора.
Бензиновый двигатель, несмотря на все новейшие разработки, улучшающие его характеристики (например, система прямого впрыска), по-прежнему уступает дизельному: в полезную работу преобразовывается около 30% энергии сгоревшего топлива. У дизеля этот показатель, в среднем, 40%, а с турбонаддувом и промежуточным охлаждением - свыше 50%.
Первый работоспособный двигатель, в котором топливо воспламеняется от сжатия, разработал в конце XIX века немецкий инженер Рудольф Дизель
Именно поэтому экономичные в пересчете на «стоимость километра» и более «эластичные» при смене режимов работы моторы уже завоевали Европу, где стоимость литра топлива значительно выше, чем в России. Единственным препяствием остается конструктивная невозможность без конца снижать веса и уменьшать размеры мотора - при производстве дизелей точность подгонки деталей должна быть на порядок выше, а это недостижимо при слишком миниатюрных деталях. Поэтому до настоящего времени относительно массивные и тяжелые дизельные двигатели все еще ставят в основном на внедорожники и крупные легковые автомобили.
История дизельного двигателя
Первый работоспособный двигатель, в котором топливо воспламеняется от сжатия, разработал в конце XIX века немецкий инженер Рудольф Дизель. В качестве топлива для опытных образцов Дизеля использовался керосин, в дальнейшем, в ходе развития дизелестроения применялись различные виды горючих жидкостей от рапсового масла до сырой нефти. В результате пришли к более простым в производстве, то есть более дешевым, чем бензин, мазуту и солярке. Их низкая себестоимость объясняется тем, что эти классы топлива можно вырабатывать без применения сложных процессов, за счет прямой перегонки нефти.
Основное применение дизели, которые поначалу были очень большими, получили на кораблях и в стационарных механизмах. Несовершенные системы впрыска топлива не позволяли использовать их в автомобилях, требующих высокооборотистых силовых агрегатов.
Лишь в 20-е годы XX века появились первые образцы грузового и общественного транспорта с дизельными двигателями. Еще через 15 лет моторы этого типа начали применять в легковом автомобилестроении, но все равно долгое время дизель – мощный, не страдающий от детонации при любом объеме цилиндров, но тяжелый и шумный, был основным двигателем «тяжеловозов» - грузовой и сельскохозяйственной техники, железнодорожного транспорта, судов.
Основное отличие дизеля от бензинового двигателя – в принципе воспламенения смеси
Только в 70-е годы рост цен на нефть в сочетании с развитием технологий стимулировал разработку небольших дизелей, вскоре составивших конкуренцию бензиновым моторам.
Устройство и принцип работы дизельного двигателя
По конструкции дизельный двигатель мало отличается от бензинового. Та же система цилиндр-поршень-шатун-коленвал, трансформирующая расширение сгорающей топливно-воздушной смеси в крутящий момент.
Основное отличие дизеля – в принципе воспламенения смеси. Если в бензиновых моторах топливо смешивается с воздухом до попадания в цилиндры и поджигается принудительно электрической искрой, то в дизелях топливо и воздух поступают в цилиндры раздельно. Фазу сжатия проходит только воздух, при уплотнении нагревающийся до 700-900 градусов. В точке максимального сжатия в цилиндр под большим давлением через специальные форсунки впрыскивается топливо. Из-за высокой температуры происходит его самовозгорание, после чего следуют циклы, идентичные для всех двигателей внутреннего сгорания – расширения и выпуска отработавших газов.
Плюсы и минусы дизельного двигателя
К главным достоинствам дизеля, помимо уже упомянутого высокого крутящего момента и экономичности, можно отнести и простоту конструкции. Дизелю не нужна система зажигания и дроссель. Как следствие – устройство двигателя проще, а значит, он более неприхотлив в эксплуатации, чем бензиновый.
С другой стороны, по причине высокой нагрузки стенки цилиндров должны быть толще, а находящиеся под нагрузкой детали - массивнее. Отсюда соответствующие вес и габариты. В конце восьмидесятых эту проблему начали решать за счет применения алюминия, но дизели с алюминиевыми головками были не слишком надежными - при перегреве алюминиевые детали неминуемо "вело". Двигатели с алюминиевой головкой блока требовали еще большей точности при сборке и затяжке болтов, крепящих головку к блоку.
Проблемой дизелей до недавнего времени был и уровень шума при работе. Дело здесь в том, что взрывной характер воспламенения смеси, который в бензиновых двигателях называется детонацией, - нормальная история для дизеля. Впрочем, в последние годы большинство автопроизводителей успешно с этим недостатком справляются, повышая уровень шумоизоляции салона автомобиля.
Дизели очень требовательны к чистоте топлива, которое не только сгорает в камере двигателя, но и смазывает насос
Есть и еще одно конструктивное "слабое место" дизельного агрегата. Для подачи топлива в камеру сгорания используется топливный насос высокого давления. Это сложный механизм, поэтому дизели очень требовательны к чистоте топлива, которое не только сгорает в камере двигателя, но и смазывает насос. Абразивные частицы и вода могут быстро вывести из строя точный механизм насоса.
Повышенные требования предъявляет дизель и к моторному маслу, смазывающему точно подогнанные детали кривошипно-шатунного механизма. Масло должно быть чистым, а при сгорании дизельного топлива выделяется много сажи, и ее частицы, проникая в масло, быстро делают его негодным. Мельчайшие посторонние частицы работают как абразив, резко увеличивая износ, поэтому масло в дизельных двигателях следует менять чуть ли не вдвое чаще.
Одним из факторов, тормозящих рост популярности дизельных автомобилей, остается одно из свойств дизельного топлива. Дело в том, что при снижении температуры до нуля градусов оно заметно густеет. Поэтому на заправках в холодный сезон топливо меняют на зимнее, которое отличается от летнего только тем, что в него добавлены присадки, препятствующие загустению. И тем не менее, дизельные автомобили нередко беспокоят свих владельцев проблемами «холодного» запуска – инертность отягощенного парафинами топлива прямо пропорциональна понижению температуры воздуха. В особо холодных регионах этот недостаток решается сегодня путем установки предпускового подогрева как самого двигателя, так и различных частей топливной системы, в зависимости от конфигурации. Установка подогрева, заводского или от стороннего производителя, естественно, делает автомобиль дороже.
Справедливости ради, стоит сказать, что вязкость и нелетучесть дизельного топлива - одновременно и положительная черта дизеля. За счет этих качеств двигатели этого семейства менее пожароопасны.
Вопросы эксплуатации дизельного двигателя
В теории, более толстостенный и сконструированный в расчете на интенсивные нагрузки дизель долговечнее бензинового мотора. Он обладает специфическими особенностями - максимальный крутящий момент достигается при относительно низких оборотах. Для дизеля характерна стабильная, но плавная динамика, поэтому автомобили с двигателем этого типа скорее для спокойных водителей (если, конечно, дизель небольшого объема). Зато манипулировать педалями и ручкой КПП приходится реже (стартовать можно и со второй передачи), однако, раз «рванув» со светофора, можно сразу «списывать» изрядный запас моторесурса.
blamper.ru
Новейшее устройство дизельного двигателя
Современное и усовершенствованное устройство дизельного двигателя позволяет в значительной степени экономить средства, расходуемые на топливо, а также обладает рядом преимуществ, которые позволяют машине работать на новом уровне. В минувшем десятилетии многие автоконцерны начали активно разрабатывать свои модели на основе именно дизельных "движков", которые отличаются высоким крутящим моментом, экономичностью и долговечностью. Поэтому изначально дизельные моторы принадлежали именно внедорожникам – кроссоверам и минивэнам.
Постепенно популярность новых двигателей росла. Сегодня они стали достоянием большого количества новых моделей авто. Устройство дизельного двигателя совершенствуется и, по сути, достигло уровня бензинного мотора. Одним словом, двигатели нового типа хоть и функционируют на дизельном топливе, но работают практически бесшумно, имеют весьма высокий показатель мощности, оставаясь экономичными и надежными. Двигатель дизельный, вмонтированный в автомобиль даже с самым высоким показателем расхода топлива, позволяет неплохо сэкономить, ничего не теряя в технических показателях машины.
Внешнее устройство дизельного двигателя отличается внушительностью габаритов. Весят эти изделия довольно много.Это обусловлены тем, что степень сжатия в таком "движке" намного выше, нежели в бензиновом. По этой же причине клапаны, которые входят в систему, имеют усиленную структуру. Исходя из этого, важно учитывать, что, делая тюнинг дизельного двигателя, всегда стоит принимать во внимание вес и габариты самой машины. Совершенно естественно, что в модели класса «компакт» подобный агрегат не приживется. Это касается и спортивных автомобилей, которые обычно имеют низкую посадку.
Устройство дизельного двигателя регулирует и особенности его работы. Схема функционирования выглядит приблизительно следующим образом.
В цилиндры, которые расположены внутри мотора, поступает очищенный воздух. Там он под большим давлением, которое создают клапаны, максимально нагревается, достигая температуры 800 градусов. В это горячее пространство поступает само дизельное топливо, которое мгновенно воспламеняется и активирует работу машины. Возможно, подобные процессы вызывают больше шума, нежели работа привычного для всех бензинного двигателя. Однако в ходе работы мотора на дизеле в атмосферу выбрасывается куда меньше вредных веществ, чем от бензинового аналога. Важно и то, что это топливо является дешевым и доступным.
Стоит заметить, что ранее дизельные двигатели крайне трудно активировались, когда на улице стояла морозная погода (подобное топливо очень чувствительно к воздействию внешних факторов).Продуманное устройство дизельного двигателя нового плана позволяет решить подобную проблему. Лишь в очень редких случаях мотор начинает сбоить зимой. 
Чтобы дизельный мотор работал безотказно, необходимо провести дополнительные работы по его утеплению и тюнингу. Это станет гарантией того, что никаких казусов и неприятностей на дороге не случится. Также подобная операция позволит сделать двигатель более мощным и маневренным, что немаловажно, учитывая сегодняшнее дорожное движение.
fb.ru
