С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Как работает дизель

Как работает дизель


Как работает дизельный мотор?

Начать стоит с того, что КПД дизельного двигателя гораздо выше, чем у бензинового аналога. Проще говоря, этот мотор расходует гораздо меньше топлива. Подобного результата конструкторам удалось добиться за счёт создания уникальной конструкции.

Важно!Принцип работы дизельного двигателя сильно отличается от бензинового.

Безусловно, современные бензиновые двигатели обладают множеством разнообразных технологических инноваций. Достаточно вспомнить прямой впрыск. Несмотря на это, показатель полезного действия бензинового мотора составляет порядка 30 процентов. У дизеля этот же параметр достигает 40. Если же вспомнить турбонаддув, то цифра может дойти до 50%.

Неудивительно, что дизельные моторы постепенно завоёвывают Европу. Дорогой бензин стимулирует покупателей к покупке более экономичных машин. Производители в режиме реального времени отслеживают изменения в потребительских предпочтениях, внедряя соответственные коррективы в производственный процесс.

К сожалению, конструкция дизельного двигателя не лишена недостатков. Одним из самых существенных является большой вес. Безусловно, инженеры проделали огромный путь, постепенно уменьшая вес мотора, но у всего есть предел.

Дело в том, что в устройстве дизельного двигателя все детали должны быть подогнаны друг к другу максимально точно. Если в бензиновых аналогах допускается возможность небольшого люфта, то здесь всё по-другому. Как результат в самом начале внедрения технологии дизельные агрегаты устанавливали только на большие машины. Достаточно вспомнить те же грузовики начала прошлого века.

История создания

Тяжело себе представить, но первый работоспособный дизельный двигатель сконструировал инженер Рудольф Дизель ещё в XIX веке. Тогда в качестве топлива использовался обычный керосин.

С развитием технологии учёные стали экспериментировать. В результате, какие только виды топлива не использовались, чтобы достичь лучших результатов. К примеру, некоторое время моторы заправлялись рапсовым маслом и даже сырой нефтью. Безусловно, подобный подход не мог дать по-настоящему серьёзных достижений.

Многолетние изыскания привели учёных к идее использования мазута и солярки. Их низкая себестоимость и неплохая воспламеняемость позволили составить серьёзную конкуренцию бензиновым аналогам.

Внимание!Мазут и солярка делаются без применения сложных технологических процессов. Именно это является залогом их низкой цены. Фактически они представляют собой побочный продукт от переработки нефти.

Изначально системы впрыска топлива в устройстве дизельных двигателей были крайне несовершенны. Это не позволяло использовать агрегаты в машинах, которые работали на высоких оборотах.

Первые образцы автомобилей, оснащённых дизельными двигателями, появились в 20-х годах прошлого века. Это был грузовой и общественный транспорт. До этого моторы такого класса применялись только на стационарных станках или кораблях.

Лишь спустя 15 лет появились первые машины, которые работали за счёт дизельного двигателя. Несмотря на это ещё очень долго дизель, будучи мощным и имеющим иммунитет к детонации, не имел широкого распространения в автомобилестроении. Дело в том, что при наличии весомых преимуществ у агрегата был целый ряд недостатков, таких как повышенный шум при работе и большой вес.

Лишь в 70-х годах, когда начали расти цены на нефть, всё кардинально изменилось. Автомобилестроители и потребители устремили свои взоры к автомобилям, в своём устройстве, имеющим дизельные двигатели. Именно тогда впервые появились компактные дизели.

Устройство дизельного двигателя

Дизельный двигатель состоит из четырёх основных элементов:

  • цилиндров,
  • поршней,
  • топливной форсунки,
  • впускного и выпускного клапана.

Каждый элемент конструкции выполняет свою задачу и имеет свои конструкционные особенности. В процессе развития данная технология дополнилась многими деталями, которые позволили добиться гораздо большей производительности, вот основные из них:

  • турбина,
  • топливная форсунка,
  • интеркуллер.

Каждая из этих деталей позволила значительно увеличить КПД дизельного двигателя.

Как работает дизельный двигатель?

Дизельный двигатель работает за счёт сжатия. Благодаря этому процессу жидкость под давлением попадает в камеру сгорания. Пропускными элементами служат форсунки инжектора.

Важно!Топливо попадает внутрь только тогда, когда воздух имеет нужную силу сжатия и высокую температуру.

Воздух должен быть достаточно горячим, чтобы топливо воспламенилось. Перед тем как попасть внутрь жидкость проходит через ряд фильтров, которые задерживают чужеродные частички, способные навредить системе.

Чтобы понять принцип работы дизельного двигателя нужно рассмотреть весь процесс подачи и воспламенения топлива от начала и до конца. На начальном этапе воздух подаётся через впускной клапан. При этом поршень движется вниз.

Некоторые впускные системы дополнительно обустраиваются заслонками. Благодаря им в конструкции создаётся два канала, через которые воздух попадает внутрь. В результате данного процесса происходит завихрение воздушных масс.

Внимание!Впускные заслонки могут быть открыты только при высокой частоте вращения коленвала.

Когда поршень достигает верхней точки, воздух сжимается в 20 раз.Предельное давление составляет порядка 40 килограмм на квадратный сантиметр. При этом температура доходит до 500 градусов.

Форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры в строго заданном количестве. Воспламенение происходит исключительно из-за высокой температуры. Именно этот факт объясняет то, что в устройстве дизельного двигателя нет свечей. Мало того, система зажигания отсутствует как таковая.

Отсутствие в конструкции дроссельной заслонки позволяет развить большой крутящий момент. Но число оборотов при этом находится на стабильно низкой отметке. За один цикл может осуществляться несколько впрыскиваний жидкости.

Вниз поршень толкает давление расширяющихся газов. Результатом данного процесса является то, что поворачивается коленвал. Связующим звеном в данном микропроцессе является шатун.

Дойдя до нижней точки, поршень вновь поднимается вверх, тем самым выталкивая уже отработанные газы. Они выходят наружу посредством выпускного клапана. Такой рабочий цикл повторяется раз за разом в дизельном двигателе.

Чтобы снизить процент сажи в газах, которые выходят через выхлопную систему существует специальный фильтр. Он позволяет в значительной мере уменьшить вред, наносимый экологии.

Как работает турбина?

Турбина в устройстве дизельного двигателя позволяет в значительной мере увеличить общую производительность системы. Тем не менее автомобильные инженеры не сразу пришли к этому решению.

Толчком к созданию турбины и внедрению её в общее устройство дизельного двигателя стало то, что топливо не успевает полностью сгореть, пока поршень движется к мёртвой точке.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе заключается в том, что данный конструкционный элемент позволяет добиться полного сгорания топлива. Как результат мощность мотора существенно возрастает.

Устройство турбонагнетателя состоит из таких элементов:
  • Два кожуха — один крепится на турбину, второй на компрессор.
  • Подшипники представляют собой опору узла.
  • Защитную функцию выполняет стальная сетка.

Весь цикл работы турбины дизельного двигателя состоит из следующих этапов:

  1. Воздух всасывается внутрь при помощи компрессора.
  2. Подключается ротор, приходящий в движение за счёт ротора турбины.
  3. Интеркуллер охлаждает воздух.
  4. Воздух проходит несколько фильтров и попадает внутрь через впускной коллектор. В конце данного действия клапан закрывается. Открытие происходит при завершении рабочего хода.
  5. Через турбину дизельного двигателя проходят отработанные газы, тем самым оказывая давление на ротор.
  6. На данном этапе скорость вращения турбины дизельного двигателя может достигать около 1500 оборотов в секунду. Это заставляет вращаться ротор компрессора посредством вала.

Этот цикл повторяется раз за разом. Благодаря использованию турбины мощность дизельного двигателя растёт.

Важно!За счёт охлаждения плотность воздуха возрастает.

Увеличение плотности воздуха позволяет подавать его в значительно большем количестве внутрь двигателя. Увеличение потока способствует тому, что топливо внутри системы полностью сгорает.

Интеркуллер и форсунка

Во время сжатия увеличивается не только плотность воздуха, но и его температура. К сожалению, это сильно влияет на долговечность дизельного двигателя. Поэтому учёными было придумано такое устройство, как интеркуллер. Он эффективно снижает температуру воздушного потока.

Важно!Интеркуллер работает при помощи охлаждения воздуха путём теплообмена.

В устройстве может быть одна или две форсунки. Их задача заключается в том, чтобы распылять и дозировать топливо. Принцип работы форсунки дизельного двигателя реализуется за счёт кулачка, который отходит от распределительного вала.

Внимание!Форсунки дизельного двигателя работают в импульсном режиме.

Итоги

За счёт использования новых технологий и дополнительных узлов дизельный двигатель позволяет добиться поразительного показателя полезного действия от сгорания топлива. Данный показатель достигает 40—50 процентов. Что почти в два раза больше, чем в бензиновом аналоге.

Теория работы дизельного двигателя. Как работает дизель?

Достоинство дизельных двигателей — низкие затраты на топливо. В данной статье рассмотрим теорию работы дизельного двигателя — как работает дизель.

Содержание

  • Как работает дизель?
  • Камеры сгорания дизельного двигателя

В дизелях, в отличие от бензиновых моторов, приготовление горючей смеси топлива с воздухом происходит внутри цилиндров.

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 вокруг себя достаточное для полного сгорания количество воздуха. С этой целью топливо в цилиндр впрыскивается форсункой под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха при .

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.

Для питания дизельного двигателя применяют дизельное топливо, являющееся продуктом перегонки нефти и представляющее собой маслянистую жидкость светло-коричневого цвета.

Для обеспечения экономичности и долговечности работы двигателя 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).

Камеры сгорания дизельного двигателя

Экономические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания дизельного двигателя делятся на разделенные (вихрекамерные и форкамерные), полуразделенные и неразделенные. Дизельные двигатели с неразделенной камерой иногда называют двигателями с непосредственным впрыском.

Дизельные двигатели с разделенной камерой сгорания обычно устанавливаются на грузовики малой грузоподъемности и легковые автомобили. Это определяется необходимостью снижения уровня шума и меньшей жесткостью работы. При подходе поршня к ВМТ воздух из основного объема камеры сгорания вытесняется в дополнительный, создавая в нем интенсивную турбулизацию заряда, что способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом.

Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: некоторое увеличение вследствие повышения потерь в охлаждающую среду из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно — высокий уровень шума.

Как работает дизельный двигатель.

Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал

Главная Авто Как работает дизельный двигатель. 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.

Источник: http://auto.howstuffworks.com/diesel.htm

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости