Содержание
В дизельном двигателе сжимается что
Содержание
Конструкция и строение
По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали усилены, чтобы воспринимать высокие нагрузки — ведь степень сжатия дизеля намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного мотора в сравнении с бензиновым.
Принципиально отличие заключается в способах формирования смеси топлива и воздуха, её воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает воздух. В конце такта сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800 о С, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается солярка, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Смесеобразование в дизелях протекает за очень короткий промежуток времени.
Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, необходимо, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы и чтобы каждая частица имела достаточное для полного сгорания количество воздуха. С этой целью топливо в цилиндр впрыскивается форсункой под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха при такте сжатия в камере сгорания.
В дизелях применяют неразделенные камеры сгорания. Они представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня 3 и поверхностями головки и стенок цилиндров. Для лучшего перемешивания топлива с воздухом форму неразделенной камеры сгорания приспосабливают к форме топливных факелов. Углубление 1, выполненное в днище поршня, способствует созданию вихревого движения воздуха.
Мелко распыленное топливо впрыскивается из форсунки 2 через несколько отверстий, направленных в определенные места углубления. Чтобы топливо полностью сгорало и дизель обладал наилучшими мощностями и экономическими показателями, топливо нужно впрыскивать в цилиндр до прихода поршня в ВМТ.
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления — отсюда повышенная шумность и жесткость работы. Такая организация рабочего процесса позволяет работать на очень бедных смесях, что определяет высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ меньше, чем у бензиновых моторов.
Дизельное топливо должно отвечать определенным требованиям. Главные показатели качества топлива — чистота, малая вязкость, низкая температура самовоспламенения, высокое цетановое число (не ниже 40). Чем больше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения после момента впрыска его в цилиндр и двигатель работает мягче (без стуков).
Типы дизельных двигателей
Существует несколько типов дизельных моторов, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне.
Непосредственный впрыск применяется на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.
Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить экономичность, снизить шум и вибрацию.
Наиболее распространенным является другой тип дизеля — с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.
При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Такие двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на современные автомобили.
Устройство топливной системы
Важнейшей системой является система топливоподачи. Ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.
ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и действий водителя. По своей сути современный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.
Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.
п.
На современных авто применяются ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время они предъявляют высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах малы.
Форсунки.
Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.
Форсунка на двигателе работает в тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания.
Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.
Топливные фильтры.
Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.
Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.
Как происходит запуск?
Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания.
При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900 о С, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.
Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30 о С, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.
Турбонаддув и Common-Rail
Эффективным средством повышения мощности является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и в результате увеличивается мощность. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».
Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, его ресурс существенно меньше ресурса самого двигателя и не превышает 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.
Система Common-Rail. Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.
Согласно сложившимся представлениям, дизельные двигатели производят много шума, неприятно пахнут и не дают нужной мощности. Считается, что они пригодны лишь для грузовых автомобилей, фургонов и такси.
Возможно, в 1980-х гг. все было так, однако с тех пор ситуация в корне поменялась. Дизельные двигатели и органы управления системами впрыска топлива стали гораздо более совершенными. В 1985г. в Великобритании было продано почти 65 000 автомобилей с дизельными двигателями (примерно 3,5% от общего количества проданных автомобилей). Для сравнения, в 1985г. было продано всего 5380. (данные, вероятно, для рынка США).
Основные части дизельного двигателя должны быть прочнее, чем части двигателя, работающего на бензине.
Зажигание. Для зажигания не требуются искры, т.к. смесь воспламеняется под действием компрессии.
Запальные свечи. Нагревают камеру сгорания при холодном старте.
Многие дизельные двигатели были созданы на основе бензиновых двигателей, однако их основные детали обладают повышенной прочностью и способны выдерживать высокое давление.
Топливо попадает в двигатель за счет нагнетательного насоса с дозатором, который обычно прикреплен к боку блока цилиндров.
В системе не используется электрическое зажигание.
Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми является снижение эксплуатационных расходов. Дизельные двигатели обладают большей эффективностью за счет сильной компрессии и низкой стоимости топлива. Разумеется, цены на дизель могут варьироваться, поэтому автомобиль с дизельным двигателем обойдется вам дорого, если вы живете в регионе с высокими ценами на дизельное топливо. Кроме того, таким автомобилям реже требуется техобслуживание, однако замена масла для них организуется чаще, чем для автомобилей, которые работают на бензине.
Повышение мощности
Основным недостатком дизельных двигателей является их малая мощность по сравнению с бензиновыми двигателями равного объема.
Эту проблему можно решить, просто увеличив объем двигателя, однако зачастую это приводит к значительному утяжелению автомобиля.
Некоторые производители снабжают свои двигатели турбонагнетателями, чтобы повысить их конкурентоспособность.
К примеру, производством турбодизелей занимаются Rover, Mercedes, Audi и VW.
Как работают дизельные двигатели
Впуск
При движении поршня вниз по цилиндру открывается впускной клапан, впускающий воздух.
Компрессия
Когда поршень доходит до нижнего основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Поршень поднимается, сжимая воздух.
Зажигание
Топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень доходит до верхнего основания. При этом топливо воспламеняется и снова приводит поршень в движение.
Выпуск
На обратном пути поршень открывает клапан выпуска, и отработанный газ выходит из цилиндра.
Четырехтактные дизельный и бензиновый двигатели работают по-разному, несмотря на то, что в их состав входят одинаковые компоненты. Основное отличие заключается в способе зажигания топлива и управления получаемой в результате энергией.
В двигателе, работающем на бензине, смесь воздуха и топлива зажигается от искры.
В дизельном двигателе топливо воспламеняется под действием сжатого воздуха. В дизельных двигателях воздух сжимается в среднем в соотношении 1/20, в то время для бензиновых двигателей — это соотношение в среднем равно 1/9. Такое сжатие сильно нагревает воздух до температуры, достаточной для мгновенного воспламенения топлива, поэтому при использовании дизельного двигателя нет нужды в искрах или других способах зажигания.
Бензиновые двигатели поглощают очень много воздуха за один такт поршня (конкретный объем зависит от степени открытия отверстия дросселя). Дизельные двигатели всегда поглощают один и тот же объем, который зависит от скорости, при этом воздухопровод не оснащен дросселем. Его перекрывает один впускной клапан, а в двигателе отсутствует карбюратор и дисковый затвор.
Когда поршень достигает нижнего основания цилиндра, впускной клапан открывается. Под действием энергии от других поршней и импульса от махового колеса поршень отправляется к верхнему основанию цилиндра, сжимая воздух примерно в двадцать раз.
Как только поршень достигает верхнего основания, в камеру сгорания впрыскивается тщательно отмеренный объем дизельного топлива. Нагретый при сжатии воздух мгновенно воспламеняет топливо, которое расширяется при сгорании и снова отправляет поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.
Когда поршень двигается вверх по цилиндру на такте выпуска, выпускной клапан открывается, позволяя отработанным и расширившимся газам выйти в выхлопную трубу. В конце такта выпуска цилиндр снова готов к новой порции свежего воздуха.
Конструкция дизельного двигателя
Дизельный и бензиновый двигатель состоят из одинаковых частей, которые выполняют одни и те же функции. Тем не менее, части дизельного двигателя обладают повышенной прочностью, т.к. они призваны выдерживать большую нагрузку.
Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще стенок блока бензинового двигателя. Они укреплены дополнительными решетками, которые блокируют импульсы. Помимо этого, блок дизельного двигателя эффективно поглощает шумы.
Поршни, шатуны, валы и крышки корпуса подшипников изготавливаются из самых прочных материалов. Головка цилиндра дизельного двигателя имеет особый вид, связанный с формой форсунок, а также формами камеры сгорания и вихрекамеры.
Впрыск
Для плавной и эффективной работы любого двигателя внутреннего сгорания требуется правильная смесь воздуха и топлива. Для дизельных двигателей эта проблема особенно актуальна, т.к. воздух и топливо подаются в разное время, смешиваясь внутри цилиндров.
Впрыск топлива в двигатель может быть прямым и непрямым. По сложившейся традиции чаще используется непрямой впрыск, т.к. он позволяет создавать вихревые потоки, которые смешивают топливо и сжатый воздух в камере сгорания.
Прямой впрыск
При прямом впрыске топливо опадает прямо в камеру сгорания, расположенную в головке поршня. Такая форма камеры не позволяет смешивать воздух с топливом и поджигать получившуюся смесь без жесткого стука, характерного для дизельных двигателей.
В двигателе с непрямым впрыском обычно присутствует небольшая спиральная вихрекамера (форкамера). Перед попаданием в камеру сгорания топливо проходит через вихрекамеру, и в нем образуются вихревые потоки, обеспечивающие лучшее смешивание с воздухом.
Недостатком такого подхода является то, что вихрекамера становится частью камеры сгорания, а значит, вся конструкция приобретает неправильную форму, вызывает проблемы при сгорании и негативно влияет на эффективность работы двигателя.
Непрямой впрыск
При непрямом впрыскивании топливо попадает в небольшую форкамеру, а оттуда — в камеру сгорания. В результате конструкция приобретает неправильную форму.
Двигатель с прямым впрыском не оборудован вихрекамерой, и топливо прямиком попадает в камеру сгорания. При проектировании камер сгорания в головке поршня инженеры должны уделять особое внимание их форме, чтобы обеспечить достаточную силу вихрей.
Запальные свечи
Чтобы разогреть головку блока цилиндров и блок цилиндров перед холодным стартом, в дизельных двигателях используются запальные свечи.
Короткие и широкие свечи являются составной частью электросистемы автомобиля. При включении питания элементы в свечах очень быстро нагреваются.
Запальные свечи включаются при особом повороте колонки рулевого управления или с помощью отдельного переключателя. В последних моделях свечи выключаются автоматически, как только двигатель разогревается и разгоняется до скорости, превышающей скорость холостого хода.
Управление скоростью
В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.
Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.
Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном — отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос.
После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.
Как заводится дизельный двигатель
Дизельные двигатели, подобно бензиновым, заводятся при включении электромотора, запускающего цикл сжатия и воспламенения. Тем не менее, при низкой температуре дизельные двигатели заводятся с трудом, потому что сжатый воздух не разогревается до температуры, необходимой для воспламенения топлива.
Для решения этой проблемы производители изготавливают запальные свечи. Запальные свечи представляют собой питаемые от батареи электроотопители, которые включаются за несколько секунд до запуска двигателя.
Дизельное топливо
Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно не проходит очистку, а потому представляет собой вязкую тяжелую жидкость, которая испаряется довольно медленно. Благодаря этим физическим свойствам дизельное топливо иногда называют дизельным маслом или мазутом.
В сервисных центрах и на заправках автомобили, работающие на дизельном топливе, часто называют дервами (от diesel-engined road vehicles).
В холодную погоду дизельное топливо быстро густеет или даже замерзает. Кроме того, в нем содержится небольшое количество воды, которая также может замерзнуть. Все виды топлива поглощают из атмосферы воду. Более того, она нередко проникает в подземные резервуары. Допустимое содержание воды в дизельном топливе — 0,00005-0,00006%, т.е. четверть стакана воды на 40 литров топлива.
Лед или водяная пробка может заблокировать топливопроводы и форсунки, что делает невозможной работу двигателя. Именно поэтому в холодную погоду можно увидеть водителей, которые пытаются подогреть топливопровод с помощью паяльника.
В качестве превентивной меры можно возить с собой дополнительный бак, однако современные производители уже добавляют в топливо примеси, которые позволяют использовать его при температуре выше -12-15°C.
Общий принцип работы дизельного двигателя дизельной электростанции
Главным отличием ДВС с воспламенением от сжатия (дизеля) от ДВС с воспламенением от искры (бензиновый двигатель) являются способы смесеобразования и воспламенения топливовоздушной смеси.
В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом до входа в цилиндр, а топливовоздушная смесь воспламеняется в определенный момент при помощи искры. В дизельном двигателе в цилиндр попадает «чистый» воздух, который затем сжимается, когда поршень идет к верней мертвой точке. Так как степень сжатия в дизельном двигателе довольно большая (обычно 20:1), воздух при сжатии нагревается до температуры 750С. При подходе поршня к верхней мертвой точке топливо начинает впрыскиваться в цилиндр под высоким давлением. Температура воздуха достаточно высокая для воспламенения впрыснутого топлива, когда оно смешается с воздухом. Топливовоздушная смесь воспламеняется, выделившаяся энергия воздействует на поршень, поршень начинает движение вниз, совершая полезную работу. Необходимо отметить, что новый бензиновый двигатель GDI от MMC имеет такой же способ смесеобразования, как и дизель.
При запуске дизельного двигателя дизельной электростанции в холодную погоду температура сжатого воздуха может быть недостаточна для того, чтобы воспламенить топливо.
Поэтому на дизельных двигателях устанавливают системы предпускового подогрева воздуха. При очень низких температурах (-50 град.С) решением может быть только контейнерная дизель-генераторная установка.
Способы впрыска топлива дизельного двигателя
На практике довольно сложно добиться плавного сгорания топлива в двигателях с небольшим объемом, впрыскивая топливо непосредственного в камеру сгорания. Чтобы добиться более плавного сгорания топливовоздушной смеси были разработаны дизели с разделенными камерами сгорания: вихрекамерные и предкамерные. Дизели с разделенными камерами сгорания имеют меньший КПД и более требовательны к системе предпускового подогрева воздуха по сравнению с дизелями с непосредственным впрыском, но эти недостатки перекрываются более тихой и мягкой работой.
Шум и черный дым дизельного двигателя
За дизельными двигателями закрепился имидж шумных и дымных машин, который в общем-то верен.
Шум дизельного двигателя вызван следующим: в камере сгорания при впрыске топлива и начале его горения резко возрастает давление, которое и вызывает этот многим неприятный шум.
Данный шум в общем неизбежен при работе двигателя, но за последние годы он был значительно снижен: улучшения в конструкциях камеры сгорания и форсунок, а также применение шумозащитных кожухов с низкошумными глушителями.
Повышение шумности дизеля часто бывает вызвано неисправностью форсунок.
Дымность дизеля связана с неправильным сгоранием топлива. В отличии от шума этот вопрос практически полностью решаем. Во время запуска и прогревания двигателя небольшое количество белового или голубого дыма является нормальным, но при работе под статичной нагрузкой в нормальных условиях его не должно быть. Черный дым обычно вызван недостатком воздуха: либо забит воздушный фильтр, либо впрыснуто большое количество топлива (при значительном набросе нагрузки).
Как работает дизельный двигатель. » Хабстаб
История дизельного двигателя начинается с изобретения бензинового двигателя. Nikolaus August Otto изобрёл и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году.
В своём двигателе он применил принцип четырехтактного сгорания, так же известный как “цикл Отто“, который лежит в основе работы почти всех автомобильных двигателей. На ранних стадиях развития бензиновый двигатель был мало эффективен и его КПД было порядка 10%, остальная часть топлива просто бесполезно сгорала.
В 1878 году Рудольф Дизель учился в инженерном колледже в Германии. В это время он узнал о низкой эффективности бензиновых и паровых двигателей и эта информация вдохновила его на создание двигателя с более высокой эффективностью. В 1892 году Дизель получил патент на то что мы сейчас называем дизельным двигателем.
Если дизельные двигатели настолько эффективны почему бы не использовать их везде?
Когда мы слышим слово дизель, то представляем себе большие грузовики, извергающие чёрный дым, сажу и много шума. Этот негативный образ сделал дизельный двигатель менее привлекательным для водителей. Хотя дизельный двигатель отлично подходит для перевозки больших грузов, раньше он не был лучшим выбором для ежедневных поездок.
Рудольф Дизель предположил, что увеличение степени сжатия приведёт к увеличению эффективности. Дизельное топливо более энергоёмкое, поэтому для того чтобы оно сгорело нужно больше воздуха в единице объёма. Увеличивая степень сжатия, мы увеличиваем плотность воздуха, тем самым создаём условия для сгорания дизельного топлива. Рудольф оказался прав — бензиновый двигатель сжимает смесь в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный в соотношении от 14: 1 до 25: 1.
Дизельный или бензиновый двигатель.
В теории дизельные и бензиновые двигатели очень похожи. Это двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для преобразования химической энергии топлива в механическую. Эта энергия двигает поршни вверх-вниз. Поршни соединены с коленвалом, таким образом, поступательное движение преобразуется во вращательное, необходимое для движения автомобиля. Основное различие между дизельным и бензиновым двигателем в том как происходит сгорание топлива. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, затем сжимается и воспламеняется искрой, от свечи зажигания.
В дизельном двигателе воздух сначала сжимается, а затем, в нагретый за счёт сжатия воздух, впрыскивается топливо. Температуры воздуха хватает для того чтобы поджечь топливо. На анимации ниже можно посмотреть как работает дизельный двигатель.
Дизельный двигатель, как и бензиновый четырехтактный:
- Впускной такт — впускной клапан открывается, поршень, движется вниз засасывая воздух в цилиндр.
- Такт сжатия — поршень, движется обратно сжимая воздух.
- Такт расширения (рабочий ход) — когда поршень достигает верхней мёртвой точки (ВМТ), топливо впрыскивается и воспламеняется, заставляя поршень двигаться вниз. На самом деле топливо впрыскивается немножко раньше ВМТ, величина, показывающая насколько раньше ВМТ впрыскивается топливо называется момент опережения впрыска.
- Выпускной такт — поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.
Также разница между бензиновым и дизельным двигателем заключается в подаче топлива в цилиндр.
В бензиновом двигателе за это отвечает карбюратор, он смешивает воздух и топливо, затем смесь попадёт в цилиндр. Подача смеси ограничивает степень сжатия двигателя, если сильно сжать смесь, то она самопроизвольно воспламенится, то есть сдетонирует.
В дизельных двигателях впрыск топлива осуществляется прямо в цилиндр. Форсунка дизельного двигателя должна выдерживать температуру и давление внутри цилиндра, а также превратить топливо в мелкодисперсный туман. Равномерное распределение тумана — непростая задача. На некоторых дизельных двигателях используются специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания и другие устройства чтобы закружить воздух в камере сгорания, другими словами, улучшить процесс зажигания и горения.
В некоторых дизельных двигателях применяют свечи накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, в процессе сжатия воздух может не нагреться, до температуры достаточной для воспламенения топлива. Свеча накаливания разогревает воздух в цилиндре, когда двигатель холодный.
На современных автомобилях контроль за всеми системами автомобиля осуществляет электронный блок управления двигателем (ЭБУ). Контроль осуществляется с помощью датчиков, которые отслеживают температуру охлаждающей жидкости, давление масла, положение коленвала и распродала. Свечи накаливания на сегодняшний день используются редко. ЭБУ, зная температуру окружающего воздуха, рассчитывает оптимальное время для впрыска. В более холодную погоду топливо будет впрыскиваться позже.
Это означает, что воздух в цилиндре, к моменту впрыска топлива, будет больше сжат, следовательно его температура будет выше и это облегчит запуск двигателя. Ну и ,конечно, самое главное отличие дизельного двигателя от бензинового — это топливо на котором они работают.
Из недр земли добывается сырая нефть, затем она перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах, и из неё получают следующие виды топлива: бензин, керосин и, конечно же, дизельное топливо. Дизельное топливо более жирное, чем бензин, а также у них разный запах.
Также дизельное топливо испаряется значительно медленнее чем бензин, а его температура кипения выше чем у воды. Испаряется оно медленнее потому, что тяжелее и содержит больше атомов углерода, чем бензин (бензин, как правило, C9h30, в то время как дизельное топливо, как правило, C14h40). Себестоимость дизельного топлива ниже чем бензина, однако, с 2004 года спрос на дизельное топливо вырос по нескольким причинам, в том числе повышение индустриализации и строительства в Китае и США.
Дизельное топливо обладает большей энергетической ёмкостью, чем бензин. В среднем один литр дизельного топлива содержит примерно 40.7 МДж/л, в то время как один литр бензина содержит 34.7 МДж/л.С точки зрения окружающей среды, дизельное топливо имеет свои плюсы и минусы. Плюс — при сгорании дизельного топлива выделяется небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа, приводящие к глобальному потеплению. Минус — выделяется большое количество соединений азота и твёрдых частиц (сажи), что ведёт к выпадению кислотных дождей, образованию смога и пагубно действует на здоровье.
Во время нефтяного кризиса 1970 года, европейские автомобильные компании рекламировали дизельные двигатели как альтернативу бензиновому. Те, кто пересели на дизельные автомобили были разочарованы, их двигатели были очень громкими и при работе выделяли много копоти, которая является причиной образования смога в больших городах.
За последние 30–40 лет дизельный двигатель был значительно улучшен. Сегодня прямой впрыск топлива, контролируется компьютером, таким образом, повышается эффективность и сокращается выброс вредных веществ. Уменьшение содержания серы в топливе снизило количество вредных выбросов. Другие технологии такие, как фильтр для улавливания твёрдых частиц, он же каталитический нейтрализатор, позволил снизить выброс оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. В Европейском Союзе постоянно совершенствуются стандарты экологически чистого топлива. К сентябрю 2009 года, ЕС надеется, что выбросы твёрдых частиц уменьшатся с 25 мг / км до 5 мг / км.
Возможно, вы слышали про биодизель и хотели бы знать чем он отличается от обычного дизельного топлива. Биодизель — это альтернатива или добавка к дизельному топливу. Он может использоваться без каких-либо доработок двигателя, а делают его из растительных масел и животных жиров, которые были химически изменены.
Интересный факт, Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.
Что такое дизельное воспламенение от сжатия
| How-To
Объяснение сути «большого взрыва» дизельного топлива.
Давайте обсудим то, что хорошо известно дизельным механикам и заядлым энтузиастам, но может быть не до конца понято новыми владельцами дизельных двигателей или людьми, которые, возможно, слышали термин «воспламенение от сжатия» при обсуждении двигателей, но в конечном итоге ничего не знают об этом. истинное определение дескриптора. Что такое воспламенение от сжатия?
Воспламенение от сжатия – это термин, используемый для описания работы дизельных двигателей.
Это происходит, когда всасываемый воздух, который часто сочетается с рециркулирующими выхлопными газами, сжимается под чрезвычайно высоким давлением, создавая экстремальное тепло, необходимое для воспламенения дизельного топлива (примерно 1400 градусов по Фаренгейту), которое имеет более высокую плотность, чем бензин. Газовые двигатели полагаются на свечи зажигания для создания тепла.
При впрыскивании топлива оно смешивается с горячим воздухом в цилиндрах и взрывается. В этом случае, который способствует движению вращающегося узла, воспламенение при постоянном давлении позволяет дизелю генерировать легендарный крутящий момент. Да, процесс чем-то похож на сгорание в бензиновом двигателе, но есть два важных отличия. При воспламенении от сжатия все происходит без искры. И соединение топлива с воздухом происходит спонтанно в камерах сгорания дизеля, в отличие от смешивания газа и воздуха и их подачи в двигатель через головку (головки) цилиндров.
Работа дизеля — мощность, если хотите — зависит от того, как питается двигатель с воспламенением от сжатия.
Дизель будет создавать большой крутящий момент с более богатой (большей по объему) подачей топлива. И хотя увеличение потока воздуха за счет турбонаддува повышает эффективность и способствует повышению производительности, впечатляющих результатов определенно можно добиться только за счет улучшения подачи топлива.
Если вы только что приобрели пикап с дизельным двигателем, или особенно если вы подумываете о его покупке, вам может быть интересно, как вы на самом деле выиграете с воспламенением от сжатия. Каковы его преимущества по сравнению с бензиновым двигателем?
Эффективность — первое заметное улучшение. Дизельные двигатели потребляют не так много топлива, как бензиновые. В то время как дизели используют воздушно-топливную смесь, в которой на 40 процентов больше воздуха на сгораемое топливо, газсер использует стехиометрическую смесь 14,7:1. Более обедненная топливная смесь дизельного топлива приводит к более высокой эффективности, поскольку температура сгорания также ниже.
Когда двигатель сохраняет тепло, на поршни действует больше энергии.
Двигатели с воспламенением от сжатия также проще и экономичнее в обслуживании, поскольку они не зависят от свечей зажигания или проводов. А жидкотопливные горелки оптимально работают в более низком диапазоне оборотов, что делает их долговечными и увеличивает их срок службы (при условии их технического обслуживания). Нет, дизели не являются мощными генераторами лошадиных сил (если только они не сильно модифицированы), как бензиновые. Горелки на жидком топливе не вращаются так быстро или высоко из-за большой разницы в скорости горения двух видов топлива (газ сгорает быстрее).
Хотя первоначальная стоимость буровой установки с двигателем воспламенения от сжатия выше, чем цены на газовые пикапы, разница в возможностях (буксировка, буксировка, подъем по крутым склонам и т. д.) и деньги, сэкономленные на экономии топлива, техническом обслуживании и долговечности ( когда они хорошо обслуживаются, новые дизели могут проехать 300 000 миль и более), определенно сделайте дизельные грузовики теми грузовиками, на которые стоит обратить внимание, если вы ищете новую буровую установку.
Популярные страницы
Лучшие электромобили — модели электромобилей с самым высоким рейтингом
Сколько стоит Тесла? Вот разбивка цен
Лучшие гибридные автомобили — лучшие модели гибридных автомобилей
Каждый электрический внедорожник, который можно купить в США в 2022 году
Это самые экономичные пикапы, которые вы можете купить 903 903
Это внедорожники с лучшим расходом бензина
Популярные страницы
Лучшие электромобили — модели электромобилей с самым высоким рейтингом
Сколько стоит Тесла? Вот разбивка цен
Лучшие гибридные автомобили — лучшие модели гибридных автомобилей
Каждый электрический внедорожник, который можно купить в США в 2022 году
Это самые экономичные пикапы, которые вы можете купить 903 903
Это внедорожники с лучшим расходом бензина
Двигатели с воспламенением от сжатия – революционная технология, которая цивилизовала границы по всему миру от промышленной революции до двадцать первого века
Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия
С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который впоследствии будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство для инициирования сгорания в двигателях.
Дизель использовал растительные масла для изобретения своего нового двигателя, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (отопление домов) и, конечно же, дизельное топливо (Хейвуд, 19 лет).88).
Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия является одной из конструктивных характеристик для повышения эффективности.
Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для управления выходной мощностью двигателя. Непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокую устойчивость к детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном счете, КПД двигателей с искровым зажиганием. Дополнительным преимуществом является то, что двигатели с воспламенением от сжатия без каких-либо ограничений по детонации могут значительно повышать давление на впуске за счет турбонаддува, что еще больше увеличивает эффективность и удельную мощность.
На этом пути было встречено и преодолено множество технологических препятствий, таких как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно обеспечивать высокие степени сжатия, необходимые для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать форсунки с относительно низким давлением. доступна в полной камере сгорания с высокой степенью сжатия, новая технология впрыска топлива с очень высоким давлением топлива, чтобы устранить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронное управление и приводы для обеспечения гораздо более точного подачи топлива, воздух и средства контроля выбросов для удовлетворения строгих требований регулирования выбросов.
Современное состояние двигателей с воспламенением от сжатия
Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских целях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы электроэнергии и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель зависит от легкости самовоспламенения топлива, которую инженеры по химическим свойствам называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученным показателем, который описывает легкость самовоспламенения топлива. Биодизель также используется во многих областях, особенно в сельской местности и в развивающихся странах. Биодизель обычно изготавливают из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, оставляя метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (МЭЖК). Биодизель пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя его можно использовать в качестве чистого заменителя топлива, его обычно используют в качестве смешивающего агента с нефтяным дизельным топливом.
Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия: двухтактный и четырехтактный. Очень большие двигатели CI (в частности, судовые и локомотивные) обычно бывают двухтактными, в первую очередь потому, что скорость двигателя ограничена низким числом оборотов в минуту (об/мин). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбокомпрессор или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рис. 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выбрасывается либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке блока цилиндров (см. рис. 1). Впускные воздушные отверстия в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже них в такте рабочего хода, пропуская сжатый холодный воздух в цилиндр. Когда поршень движется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает выходить из цилиндра через расположенные сверху выпускные клапаны.
По мере того, как поршень продолжает двигаться к НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху поступать в цилиндр, что вытесняет последние выхлопные газы через верхние выпускные клапаны. Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (иногда около положения поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух поступает в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется вблизи ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и сгорание. Затем цикл начинается заново.
Рисунок 1. Схема двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия . Изображение взято с http://enginemechanics.tpub.com/14081/css/14081_23.htm.
С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает путем впуска воздуха из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см.
рис. 2), затем впускные клапаны закрываются, а поршень движется назад к ВМТ, сжимая воздух до повышенных температуры и давления. Форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением толкается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте. Наконец, выпускные клапаны открываются, поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.
Рисунок 2. Схема четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия . Изображение взято с http://vegburner.co.uk/dieselengine.html.
Независимо от того, является ли двигатель двухтактным или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух высокого давления и высокой температуры ближе к концу части цикла сжатия. Затем впрыскиваемое топливо подвергается воздействию воздуха высокого давления и высокой температуры и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.
Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как реальные реакции происходят в микросекундном масштабе, поэтому гидромеханика диффузии контролирует скорость реакции.
Значительные исследовательские усилия были потрачены на изучение способов повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей CI. Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологии двигателей CI. Некоторые из этих усовершенствований включают в себя непосредственный впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и снижения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местному доступному топливу.
По мере того, как инженеры и ученые продолжают применять свой опыт для фундаментальных исследований технологии двигателей CI, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные успехи.
Чем CI Engine отличается от SI Engine?
Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одной из важных причин является то, что топливная экономичность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Природа воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, которые обеспечивают высокую эффективность использования топлива. Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели CI полагаются на топливо, впрыскиваемое в цилиндр, и смешивание этого топлива с воздухом, детонация в двигателе исключена. Детонация двигателя является одним из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Вторым фактором является устранение необходимости в дросселировании двигателя для управления выходной мощностью.
Опять же, поскольку топливо впрыскивается и смешивается непосредственно в камере сгорания, мощность двигателя с воспламенением можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей с воспламенением, в которых топливо и воздух предварительно смешиваются и практически гомогенны при постоянной смеси. соотношение (Хайслер, 1999). Это означает, что для поддержания постоянного соотношения смеси при уменьшении количества топлива необходимо уменьшить количество воздуха в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дросселя или ограничения впуска, что создает значительные газообменные или «накачивающие» потери. Третий фактор – теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной топливной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это, как правило, приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к более низкому отводу тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокой эффективности.
В качестве дополнительного преимущества гамма или коэффициент удельной теплоемкости C p / C v выше для двигателей, работающих на обедненных смесях, чем для двигателей, работающих по стехиометрии. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пары CO 2 и H 2 O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочей жидкости, что создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).
Однако у движка CI также есть несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень надежным, чтобы выдерживать повышенное давление и температуру, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это создает конструкции двигателей с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивает максимальную скорость двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным.
Еще одним недостатком двигателей CI является сигнатура выбросов. Использование диффузионно-контролируемого сгорания означает, что между топливом и воздухом существует значительное расслоение, в отличие от гомогенности смесей бензина и воздуха в двигателях SI. Это расслоение создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO х ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты горения ХИ опасны для здоровья и окружающей среды. По сути, у традиционного двигателя CI нет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.
Как насчет биотоплива?
Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям с воспламенением, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокую эффективность (возможно, даже улучшить ее), но при этом значительно снизить характер вредных выбросов и производство парниковых газов. . Биотопливо является одним из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы парниковых газов и стоимости импорта нефти.
Биотопливо, как правило, изготавливается из растительного масла определенного типа и подвергается химической обработке для создания продукта, который во многих отношениях имитирует нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые хорошо растут в этих условиях. Соевые бобы, рапс, пальмовое масло, ятрофа, масло каранджи и многие другие перерабатываются в качестве топлива. Как правило, биотопливо этого типа подразделяют на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из несъедобных растений. С химической точки зрения топливо, полученное из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «еда или топливо» в местной экономике. Несъедобное биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже перерабатывать, но, как правило, удается избежать проблемы «пища или топливо». Одной из проблем традиционного биодизельного топлива является то, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры.
Это насыщенное кислородом топливо будет иметь значительно меньшее содержание энергии по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7–8% по объему по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Это приводит к большему объему потребляемого топлива при том же количестве отдаваемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший выход, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009).). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо, как правило, не насыщается кислородом, поэтому содержание энергии, как правило, такое же, как у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс, называемый Фишером-Тропшем (ФТ), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1919 г.
30 с. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания углеводородов с длинной цепью, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько сокращений, в зависимости от исходного сырья. Газ-жидкость (GTL), уголь-жидкость (CTL) и биомасса-жидкость (BTL) — вот лишь некоторые из этих аббревиатур. В процессе ФТ получается дизельное топливо довольно высокого качества – с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии – но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).
Что нового в двигателях CI?
Двигатели CI используются во всем мире в качестве источников движущей и стационарной энергии. По мере того, как развивающиеся страны, такие как Индия и Китай, увеличивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей CI в условиях все более строгих экологических норм, регулирования выбросов парниковых газов и спроса на ископаемое топливо.
. Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться, чтобы соответствовать этим нынешним и будущим требованиям рынка?
Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет использования передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, современные турбомашины и рекуперация отработанного тепла (термоэлектричество и т. д.). , и почти устранение серы в дизельном топливе. Топливо теперь можно гораздо точнее дозировать в камеру сгорания, чтобы процессы сгорания были более плавными и менее загрязняющими окружающую среду. Использование рециркуляции отработавших газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечив более низкие пиковые температуры сгорания со значительным выбросом NO 9.Уменьшение 0117 x . В настоящее время в современных двигателях с прямым впрыском используются достижения в области доочистки выхлопных газов, такие как сажевые фильтры (DPF), катализаторы deNO x (как с селективным каталитическим восстановлением, так и с ловушкой обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC).
Текущая работа по усовершенствованию системы сгорания открыла захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с воспламенением, а также для значительного улучшения характеристик выбросов. По мере развития исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении возможности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранения высокой степени сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI). В RCCI низкореакционное топливо (такое как бензин, этанол и т.п.) впрыскивается в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество высокореактивного топлива (такое как дизельное топливо, биодизель и т. ). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает правильную стратегию зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность.
RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном сгорании дизельного топлива) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одной на каждый вид топлива) и требование либо наличия двух отдельных видов топлива, либо наличия присадки, повышающей реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).
Еще одна интересная возможность в мире двигателей с воспламенением — использование топлива с довольно низкой реактивностью (бензин, нафта и т. д.) по сравнению с дизельным топливом, но при этом использовать двигатель с воспламенением от сжатия и использовать большую задержку воспламенения этих видов топлива для обеспечить некоторый уровень предварительного смешивания, сохраняя при этом достаточную стратификацию для контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытаются достичь той же цели, что и RCCI, использующие двойное топливо, но сделать это путем точного расслоения одного топлива.
Этот контроль воспламенения может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся характеристик местного смешения топлива и воздуха, а не от положительного добавления высокореактивного топлива в определенное время. Преимущество в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.
В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание, чтобы уровни PM были низкими, и чтобы работало сгорание на бедной или разбавленной смеси, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая теплового NO x Производство . Надежность этих новых подходов к горению и воспламенению является проблемой, к которой стремятся несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).
Что ждет в будущем двигатели непрерывной интеграции?
По крайней мере, по состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников.
Поскольку во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха предъявляются все более строгие нормативные требования, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям. Сочетание высокой удельной энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с воспламенением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с воспламенением популярным решением для производства движущей и стационарной энергии. В этой области ведутся захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии последующей обработки для контроля выбросов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет. То, как мы решим транспортные и энергетические проблемы в ближайшие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жизни среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.
Заявление о конфликте интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Представленная рукопись была создана компанией UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргон»). Argonne, научная лаборатория Министерства энергетики США, работает по контракту № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет для себя и других лиц, действующих от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию в указанной статье на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичную демонстрацию, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и повторное распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы отметить финансовую поддержку Департамента энергетики Управления транспортных технологий, программы Advanced Engine Combustion Program, которой руководит г-н Gurpreet Singh.
Ссылки
Аатола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) как возобновляемое дизельное топливо: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и потреблением топлива двигателем большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.
Google Scholar
Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . САЕ 2004-28-0079. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.
Google Scholar
Карран С., Хэнсон Р., Вагнер Р. и Рейц Р. (2013). Картирование эффективности и выбросов RCCI в двигателе малой грузоподъемности . Технический документ SAE 2013-01-0289. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.
Google Scholar
Foster, DE (2013). Доступно по адресу: http://www.sae.org/events/gim/presentations/2013/foster_dave.