В чем суть дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель?

Ну, что-ж, дорогие друзья и постоянные читатели моего блога! Настало время мне с вами поговорить о том, как работает дизельный двигатель, соглашусь со многими, тема весьма актуальна, собственно, по этой причине я и решил написать ее, ладно, поехали.
Все мы учили физику в школе, кто–то продолжил познавать непростые законы в институте. Наверняка, в процессе поглощения знаний, по этому предмету возникал вопрос о том, как работает мотор в машинах? С появлением на дорогах его дизельной разновидности интерес только возрос, каждому, кто хоть как–то связан с авто, интересно выяснить, что же заставляет мотор оживать и в чем разница между бензином и дизелем для двигателя.
У исторических истоков.
Все началось еще в 19 столетии, а именно в 1897 году. Этот год стал основополагающим для современного машиностроения, поскольку ученый и изобретатель, с известной сегодня каждому фамилией Дизель, спроектировал первый в мире мотор, который мог завестись за счет воспламенения, произошедшего в результате процесса сжатия в цилиндрах. Концепция подобного воспламенения, что примечательно, была разработана им, но чуточку раньше. Стоит сразу оговориться, что первый двигатель – прототип сегодняшнего дизельного варианта, работал далеко не на продуктах нефтедобычи. Он с успехом «заводился» от простой пыли, получаемой из угля. Вполне естественно, что длительность работы устройства была минимальной, а по сегодняшним меркам и вовсе мизерной – всего несколько часов, благодаря чему ученый рассмотрел вопрос о смене вида топлива, а позже и воплотил ее в жизнь. Новым видом топлива стал керосин, поскольку давал возможность работать мотору дольше, а по стоимости был не на много дороже. Не удивительно, что не верящих в то, что когда–нибудь подобное устройство будет использовано в обычной жизни, было очень и очень много. Скептические настроения витали в воздухе, но ученый не сдавался. Ему улыбнулась удача, поскольку в число тех, кто поверил в возможности и перспективы, вошел сам Нобель.
До и после: развитие дизельного двигателя.
Не прошло и года, как благодаря усилиям Нобеля, был получен драгоценный документ – патент, который открыл двери завода, располагавшегося в Санкт–Петербурге, на котором и стали производить первые партии новых во всех смыслах двигателей. Однако, несмотря на имеющиеся в документах указания к применению топлива, от керосина решено было отказаться, заменив его продуктами нефтяной природы. Однако, уже спустя 2 года, стало окончательно ясно, что этот двигатель будет иметь большой успех. На его основе был разработан и создан двигатель, который был лишен искусственного нагнетания воздушных масс. Можно сказать, устройство был скопировано с уже изобретенного мотора, что, по большому счету, было правдой.

Как это работает?
Если не вдаваться в физические подробности, то процесс работы начинается тогда, когда топливная смесь вступает в химическую реакцию с возросшим внутри устройства давлением. Здесь-то и можно рассмотреть главное отличие двигателей на дизеле от своих собратьев, которые работают на бензине – смесь, необходимая для старта процесса (топливо и воздух) в первом варианте – дизельном, происходят непосредственно в камере сгорания, в случае бензина, это будет карбюратор. Способ работы дизельного агрегата, приводящего в движение транспортные средства предусматривает несколько этапов, здесь их принято называть тактами: первый из них запускает воздух, затем происходит закрытие клапана и сжатие, после поршень, установленный в моторе, начинает совершать движения. Рабочий такт – следующий шаг на пути работы двигателя. Взрыв смеси и опускание поршня в исходное положение, в итоге и приводят к старту работ, который все прекрасно слышали и ощущали, заводя автомобиль.
Усложняя, совершенствуй.
Как известно, полет мысли, а тем более технической, неудержим. Собственно, поэтому дизельный (не бензиновый) двигатель даже сегодня, при всей развитости науки и техники, еще не полностью раскрыл свой потенциал, он все еще доводится до истинного своего совершенства. Вполне вероятно, что разрабатываются новые принципы, еще более точные и чувствительные устройства управления.
Немного научно–технических основ.
Впрыск необходимого количества топлива происходит благодаря соответствующей системе. Именно по типу впрыска двигатели подразделяются на несколько разновидностей, каждый из которых заслужил доверие автолюбителей. «Прямой», он же непосредственный впрыск производится непосредственно под имеющийся в агрегате поршень, для топлива там предусмотрено специальное место.
Применяемые в работе дизеля насосы, также имеют некоторые отличия от тех, что применяются в бензиновых вариантах – различают агрегаты роторного типа и плунжерные. В начальных разработках зажигание имело место быть в корпусе и возникало механическим путем, здесь был задействован также и насос высокого давления. Если говорить о современном двигателе, то он оснащен электронным устройством, отвечающем за полный контроль за распределением момента запускающего работу двигателя – процесс зажигания. Особенности производимой им рабочей деятельности крайне просты и понятны: форсунки – специальные детали, установленные в двигателях всех видов и типов, в данном случае, открывают электронный блок управления. Он же рассчитывает такие показатели, как время и угол.
Те, кто хотя бы немного знаком с каждым из двигателей, наверняка заметят, что за основу взят бензо-инжектор, а точнее, принцип его работы.
Столько, сколько существует и используется дизельный двигатель, конструкторы изыскивают новые способы, чтобы его усовершенствовать, например, увеличить полезную мощность или тяговые свойства. Для этого активно разрабатываются и применяются разные средства и агрегаты, как, например, турбины. Последняя, к слову, предназначена, прежде всего, для нагнетания воздуха, имеющегося в камерах сгорания.
Устройство турбины, хотя и кажется сложным непосвященному в тонкости водителю, на самом деле, представляет из себя всего две крыльчатки, расположенные на одном и том же валу, кроме того, они «одеты в ракушки» — это ни что иное, как защита — корпус. Одну крыльчатку в процессе работы раскручивают возникающие выхлопные газы, проходящие через «ракушки», вторая же, соединенная с атмосферой, нагнетает воздух. Следует учитывать и такой момент, что, чем выше будут обороты, тем больше воздуха нагнетается турбиной.
Нестандартные ситуации, о которых необходимо знать.
Иногда может случиться так, что воздушная прослойка будет по объему превосходить порцию дизеля. В таком случае говорят о необходимости ограничения турбины, в дело идут корректоры. Их задача несколько замедлить обороты, которые делает каждая крыльчатка. Если возникнет такая необходимость или будет просто интересно, то можно найти в Сети специальные видео, показывающие этот процесс.
Интеркуллер – еще один важный элемент, необходимый для того, чтобы в цилиндрах всегда циркулировал воздух, который был бы при этом охлажденным. В состав устройства входит радиатор, воздухопроводы. Опытным путем было замечено и взято на вооружение разработчиками впоследствии, что холодный воздух и топливо в сочетании дают ускорение в работе более, чем на 15%. Принцип работы основан на втягивание воздуха из окружающей среды турбиной, где он постепенно охлаждается и смешивается с имеющимся топливом.
Очень надеюсь на то, что вы поняли написанное и то, как работает дизельный двигатель, вы узнали, собственно, на этом я и закончу сегодняшнюю статью, желаю вам удачи на дорогах, до встречи в новых статьях!

Читайте также:  Регулятор оборотов двигателя блендера

Поддержи канал лайком и подпиской если тебе не трудно.

Источник

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель, наряду с бензиновым, является одним из двух самых распространенных типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Принцип его работы базируется на самовоспламенении воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры сжигания под давлением.

Благодаря этому горючее нагревается и самовоспламеняется, что является главным отличием дизельного двигателя от бензинового и выступает основной причиной всех конструктивных и эксплуатационных изменений в силовом агрегате этого типа, а также напрямую влияет на сферу применения и частоту его использования. В статье подробно рассматривается история создания и совершенствования дизельного двигателя, устройство и принцип работы подобного оборудования, а также его основные отличия и преимущества по сравнению с бензиновой силовой установкой.

История создания и совершенствования

Первые научные разработки, касающиеся возможности использовать для воспламенения горючего в тепловой машине сжатого до высокого давления топлива, были осуществлены в 20-30-х годах 19-го века. На практике этот принцип был реализован выдающимся немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем, который в 1892 году оформил патент на изобретение двигателя оригинальной конструкции, получивший название дизель-мотор в честь его создателя. Через 3 года документ был признан США. В течение нескольких лет Дизель зарегистрировал еще несколько патентов на различные модификации дизельного двигателя.

Первый работающий агрегат был изготовлен в конце 1896 года, а его испытания прошли практически сразу – 28 января следующего года. В качестве горючего первые дизельные двигатели использовали растительные масла и легкие нефтепродукты. Силовая установка практически сразу же стала показывать высокий КПД, будучи еще и очень удобной в эксплуатации. Но в первые годы после изобретения дизельные двигатели применялись, главным образом, в тяжелых паровых машинах.

Читайте также:  Что нужно для капремонт двигателя

Существенно расширить сферу практического использования дизельных агрегатов позволили два ключевых усовершенствования. Первое заключалось в применении в качестве топлива керосина, что первым использовал в 1898 году другой великий инженер того времени – родившийся в России швед Рудольф Нобель. Вторым серьезным рационализаторским решением стало изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД), который заменил используемый ранее для сжатия горючего компрессор.

Серьезный вклад в усовершенствования ТНВД внес в 20-е годы 20-го века Роберт Бош. Он изобрел и внедрил модель встроенного насоса и бескомпрессорной форсунки, применение которых привело к существенному уменьшению габаритов дизельного двигателя, что, в свою очередь, позволило устанавливать его сначала на общественный и грузовой транспорт, а во второй половине 30-х годов – впервые использовать на легковых машинах. Дальнейшие улучшения рассматриваемого агрегата, в частности использование специального дизельного топлива, позволили силовой установке на этом типе горючего успешно конкурировать с бензиновыми двигателями, постоянно увеличивая занимаемую долю рынка.

Отличие от бензинового двигателя

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового было упомянуто выше. Оно состоит в отсутствии системы зажигания, что объясняется использованием принципа самовоспламенения топливно-воздушной смеси в результате нагнетания давления и вызванного этим нагрева горючего. Необходимо отметить несколько ключевых следствий разницы между рассматриваемыми типами силовых установок.

Главные положительные для дизельного двигателя моменты состоят в следующем. Во-первых, отсутствие системы зажигания делает конструкцию агрегата заметно проще, повышая надежность и долговечность. Во-вторых, компрессионное воспламенение топлива обеспечивает более полное и эффективное сгорание, в результате чего повышается КПД силовой установки и снижается количество вредных выбросов.

Основным негативным следствием указанного выше отличия между двигателями внутреннего сгорания выступают более существенные требования к прочности и качеству изготовления клапанов и других деталей дизельных агрегатов. Это связано с тем, что они эксплуатируются под серьезной нагрузкой, связанной с повышенным давлением топливно-воздушной смеси.

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

Читайте также:  Датчик температуры двигателя ауди а6 адр

7. Дополнительные узлытурбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Принцип работы

Дизельные двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Первый вариант в сегодняшних условиях используется крайне редко, а потому детально рассматривать его попросту не имеет смысла. Стандартный принцип работы обычного четырехтактного двигателя предполагает, что вполне логично, 4 основных этапа:

1. Впуск. Коленвал поворачивается в диапазоне между 0 и 180 градусами. На этой стадии воздух подается в цилиндр.

2. Сжатие. Положение коленвала изменяется со 180 до 360 градусов. Это обеспечивает движение поршня к так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), что приводит к сжатию воздуха в цилиндре в 16-25 раз.

3. Рабочий ход с последующим расширением. Коленвал осуществляет перемещение между 360 и 540 градусами. В камеру сжигания через форсунки впрыскивается топливо, которое при смешивании с воздухом воспламеняется. Это происходит чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ.

4. Выпуск. Коленвал завершает оборот, перемещаясь между 540 и 720 градусами. В результате очередного перемещения поршня в верхнюю часть цилиндра из камеры сгорания удаляются отработанные газы. После этого цикл начинается заново.

Основные разновидности

Основным параметром, который используется для классификации дизельных двигателей, выступает конструкция камеры сжигания. По этому параметру различают два основных типа рассматриваемых силовых установок, на которых используется

· разделенная камера сгорания. Подача горючего производится в специальную камеру, которая называется вихревой и размещается в головке блока, соединяясь с цилиндром при помощи канала. Наличие такого дополнительного элемента позволяет добиться увеличения уровня нагнетания, что положительно сказывается на способности смеси к самовоспламенению;

· неразделенная камера сгорания. Более простая, а потому надежная конструкция, при использовании которой топливо подается непосредственно в пространство над поршнем, которое и выступает камерой сгорания. Это позволяет заметно снизить расход топлива, что, наряду с надежностью механизма, стало ключевой причиной широко распространения именно такого типа дизельных двигателей.

Особенно популярными дизельные агрегаты с неразделенной камерой сгорания стали после появления ТНВД системы Common Rail. Ее использование позволяет обеспечить оптимальный уровень давления, количества и времени впрыскивания топлива для последующего сжигания. Таким образом, достигаются все основные преимущества двигателей с разделенной камерой сгорания без присущих им недостатков.

Основные достоинства и недостатки

Широкое распространение и успешная конкуренция дизельных двигателей с бензиновыми объясняется рядом впечатляющих преимуществ. Главными из них выступают:

· КПД, достигающий 40% на обычных установках и 50% на дизельных двигателях с турбонаддувом. Такие показатели являются попросту недосягаемыми для агрегатов, использующих в качестве топлива бензин;

· мощность. Крутящий момент дизельного двигателя обеспечивается даже на малых оборотах, что гарантирует автомобилю уверенный и быстрый разгон;

· экологичность. Сгорание топлива под высоким давлением приводит к уменьшению количества образующихся в процессе эксплуатации двигателя выхлопных газов. В сегодняшних условиях этому плюсы дизелей придается все большее значение;

· надежность. Как правило, моторесурс дизельного агрегата примерно в полтора-два раза превосходит аналогичный показатель бензинового конкурента. Кроме того, отсутствие системы зажигания позволяет избавиться от многих традиционных проблем двигателей на бензине, например, слабой искры на свечах или их залива.

В числе недостатков, присущих дизельному двигателю, прежде всего, необходимо выделить два. Первый – это несколько более высокая стоимость транспортных средств, оборудованных этим типом силовой установки. Разница в цене обычно варьируется от 10 до 20%.

Второй минус – необходимость существенных эксплуатационных расходов. Это объясняется серьезными требованиями к качеству изготовления и уровню технического обслуживания автомобилей с дизельными двигателями. Однако, обращение в солидную компанию за приобретением, а также последующим обслуживанием, комплектованием и ремонтом сведет к минимуму недостатки агрегата, оставив в полной сохранности его впечатляющие достоинства.

Источник

Adblock
detector