Μαθήματα:
- Η ιστορία του κινητήρα ντίζελ
- Werking
- Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα του κινητήρα ντίζελ
- Κύκλος λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα ντίζελ
- Άμεση & Έμμεση έγχυση
- Τμήμα χαμηλής & υψηλής πίεσης
- Διαδικασία έγχυσης
- Ντίζελ χτύπημα
Ιστορία του κινητήρα ντίζελ:
Ο κινητήρας ντίζελ πήρε το όνομά του από τον εφευρέτη του Rudolf Diesel (1858-1913). Ο πρώτος κινητήρας ντίζελ σύμφωνα με τη θεωρία του Ντίζελ έγινε πραγματικότητα στις 17 Φεβρουαρίου 1894. Αυτός ο κινητήρας λειτούργησε σύμφωνα με την αρχή της αυτανάφλεξης και λειτούργησε για 1 λεπτό μήκος 88 σ.α.λ. Ο Robert Bosch ανέπτυξε την αντλία έγχυσης υψηλής πίεσης που επέτρεψε στον κινητήρα ντίζελ να ξεκινήσει την παγκόσμια κατάκτησή του.
Το πρώτο επιβατικό αυτοκίνητο με κινητήρα ντίζελ ήταν η Mercedes-Benz 170D του 1935.
Λειτουργία:
Ένας κινητήρας ντίζελ παίρνει αέρα στους κυλίνδρους. Χωρίς μείγμα, όπως συμβαίνει συχνά με τους βενζινοκινητήρες. Εκεί το καύσιμο συχνά αναμιγνύεται ήδη με τον αέρα (το μείγμα). Ο αέρας σε έναν κινητήρα ντίζελ αναρροφάται μερικές φορές από τον ίδιο τον κινητήρα (χωρίς τούρμπο), που συνήθως παρέχεται υπό πίεση από έναν τούρμπο. Αυτό ονομάζεται υπερφόρτιση. Η υπερφόρτιση προκαλεί την είσοδο μεγαλύτερης ποσότητας αέρα, η οποία μπορεί να αναφλεγεί με πρόσθετο καύσιμο. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την πλήρωση με πίεση μπορείτε να βρείτε στη σελίδα turbo. Ο κινητήρας ντίζελ τροφοδοτείται με όσο το δυνατόν περισσότερο αέρα, ο οποίος δεν ρυθμίζεται από την ποσότητα όπως με έναν βενζινοκινητήρα. Η απεριόριστη παροχή αέρα ονομάζεται «πλεόνασμα αέρα».
Στον κινητήρα ντίζελ, το καύσιμο δεν αναφλέγεται με τη βοήθεια κάποιου εξαρτήματος (όπως το μπουζί αναφλέγει το καύσιμο βενζίνης σε έναν βενζινοκινητήρα). Σε έναν κινητήρα ντίζελ, η καύση επιτυγχάνεται με έγχυση καυσίμου ντίζελ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο κινητήρας ντίζελ παίρνει το όνομα "self-igniter". ο αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης παρέχει την απαραίτητη πίεση καυσίμου.
Αυτή η καύση απαιτεί πολλή θερμότητα. Αυτή η θερμότητα δημιουργείται από την υψηλή πίεση συμπίεσης που δημιουργεί το έμβολο κατά τη συμπίεση. Η συμπίεση του αέρα (υποβάλλεται σε πολύ υψηλή πίεση) δημιουργεί πολλή θερμότητα. Αυτή η θερμότητα είναι απαραίτητη για την καύση.
De ψεκαστήρας εγχέει μια ορισμένη ποσότητα καυσίμου ντίζελ λίγο πριν το έμβολο φτάσει στο TDC. Αυτό γίνεται συνήθως σε πολλά βήματα, με προ-, κύρια και μετά την ένεση. Επειδή το καύσιμο ντίζελ αναμειγνύεται με τον ζεστό αέρα (λόγω της υψηλής τελικής πίεσης συμπίεσης), αυτό το καύσιμο αναφλέγεται από μόνο του. Αυτό ονομάζεται power stroke. (Περισσότερα για τη διαδικασία των τεσσάρων παλμών αργότερα).
Επομένως, ο κινητήρας ντίζελ χρειάζεται θερμότητα για να ξεκινήσει η καύση. Αυτή η θερμότητα (τουλάχιστον 250 μοιρών) δεν υπάρχει ακόμα όταν τίθεται σε λειτουργία ο κινητήρας. Η τελική πίεση συμπίεσης συχνά δεν παρέχει τη σωστή θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης. Για να λυθεί αυτό υπάρχουν προθερμαντήρες τοποθετείται στην κυλινδροκεφαλή. Αυτοί οι προθερμαντήρες ενεργοποιούνται κατά την εκκίνηση και διασφαλίζουν ότι ο αέρας στον θάλαμο καύσης έχει τη σωστή θερμοκρασία για να ανάψει το καύσιμο ντίζελ.
Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα του κινητήρα ντίζελ
- Πλεονεκτήματα ενός κινητήρα ντίζελ σε σύγκριση με έναν βενζινοκινητήρα:
Λόγω της υψηλότερης σχέσης συμπίεσης και της διαδικασίας καύσης, ένας κινητήρας ντίζελ είναι πιο οικονομικός από έναν βενζινοκινητήρα. Ένας κινητήρας ντίζελ έχει γενικά επίσης μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (ανάλογα με τον τρόπο χρήσης του). - Μειονεκτήματα ενός κινητήρα ντίζελ σε σύγκριση με έναν βενζινοκινητήρα:
Ένας κινητήρας ντίζελ είναι πιο θορυβώδης, έχει χαμηλότερη ισχύ σε σύγκριση με έναν βενζινοκινητήρα με τον ίδιο κυλινδρισμό (χωρίς τη χρήση turbo και intercooler) και είναι πιο ακριβός, πιο βαριά κατασκευασμένος κινητήρας. Σήμερα, η προθέρμανση του κινητήρα δεν αποτελεί πλέον μειονέκτημα, γιατί ένας κινητήρας ντίζελ άμεσου ψεκασμού μπορεί εύκολα να ξεκινήσει χωρίς προθέρμανση. Ακόμη και σε θερμοκρασίες γύρω από το σημείο πήξης, θα συνεχίσει να ξεκινά μετά από λίγο περισσότερο.
Στις μέρες μας οι κινητήρες ντίζελ γίνονται πιο αθόρυβοι, καθιστώντας όλο και πιο δύσκολο να ξεχωρίσουμε τους κινητήρες βενζίνης και ντίζελ.
Κύκλος λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα ντίζελ:
Ένας κύκλος λειτουργίας κινητήρα ντίζελ αποτελείται από τέσσερις διαδρομές. η διαδρομή εισαγωγής, η διαδρομή συμπίεσης, η διαδρομή ισχύος και η διαδρομή της εξάτμισης. Κατά τη διάρκεια αυτών των διαδρομών το έμβολο κινήθηκε προς τα κάτω και προς τα πάνω δύο φορές. Επομένως, ο στροφαλοφόρος άξονας έχει περιστραφεί δύο φορές.
Πολλά πράγματα συμβαίνουν κατά τη διάρκεια κάθε εγκεφαλικού. αναρροφάται αέρας, γίνεται έγχυση καυσίμου, ο αέρας και το καύσιμο καίγονται και τα υπόλοιπα αέρια αποβάλλονται από τον κύλινδρο. Παρακάτω είναι μια περιγραφή του τι ακριβώς συμβαίνει σε κάθε κόλπο:
- Εγκεφαλικό επεισόδιο πρόσληψης:
Η βαλβίδα εισαγωγής είναι ανοιχτή, η βαλβίδα εξαγωγής κλειστή. Το έμβολο κινείται από το TDC στο ODP.
– Χωρίς turbo: Αναρροφάται αέρας λόγω της αρνητικής πίεσης που δημιουργείται.
– Με τούρμπο: Ο αέρας εισαγωγής τροφοδοτείται από το turbo υπό θετική πίεση στον χώρο του κυλίνδρου.Δεν υπάρχει ρυθμιστική βαλβίδα στο σωλήνα εισαγωγής, όπως η βαλβίδα γκαζιού του βενζινοκινητήρα. Με έναν κινητήρα ντίζελ, η ποσότητα αέρα που αναρροφάται δεν είναι επομένως ρυθμιζόμενη. Η βαλβίδα γκαζιού στο σύστημα εισαγωγής (η βαλβίδα γκαζιού) χρησιμεύει μόνο για το σβήσιμο του κινητήρα. Κλείνοντας αυτή τη βαλβίδα και έτσι σταματώντας την παροχή αέρα, ο κινητήρας θα σβήσει αθόρυβα.
Διαδρομή συμπίεσης:
Οι βαλβίδες εισόδου και εξόδου είναι κλειστές. Το έμβολο κινείται από το ODP στο TDC. Ο αέρας συμπιέζεται. Αυτό αυξάνει τη θερμοκρασία του αέρα και, ανάλογα με την αναλογία συμπίεσης, μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασία περίπου 550 μοίρες. Σε έναν βενζινοκινητήρα αυτή η θερμοκρασία είναι περίπου 400 βαθμοί. Κατά την κρύα εκκίνηση, ο κινητήρας θερμαίνεται πρώτα από το προθερμαντήρες για να φτάσει στη θερμοκρασία που επιτρέπει στο μείγμα να αναφλεγεί.Διαδρομή ισχύος:
Οι βαλβίδες εισόδου και εξόδου είναι κλειστές και το έμβολο έχει συμπιέσει τον αέρα υπό πολύ υψηλή πίεση. Λίγους βαθμούς πριν από το TDC, το καύσιμο ψεκάζεται μέσω του μπεκ ψεκασμού και αναφλέγεται από την υψηλή τελική πίεση συμπίεσης. Η πίεση που προκύπτει από την καύση ωθεί το έμβολο από το TDC στο ODP.Εγκεφαλικό επεισόδιο εξάτμισης:
Η βαλβίδα εισαγωγής είναι κλειστή, η βαλβίδα εξαγωγής ανοιχτή. Το έμβολο κινείται από το ODP στο TDC και αποβάλλει τα καυσαέρια. Η διαδικασία κύκλου περιγράφεται στη σελίδα διεργασίας Seiliger.
Άμεση και έμμεση ένεση:
Ένας κινητήρας μπορεί να είναι εξοπλισμένος με άμεσο ή έμμεσο ψεκασμό. Οι διαφορές μεταξύ των δύο συστημάτων περιγράφονται παρακάτω.
Άμεση ένεση:
Η πίεση έγχυσης είναι υψηλότερη με την άμεση έγχυση παρά με την έμμεση έγχυση. Το καύσιμο εγχέεται απευθείας στον κύλινδρο (ή στον πυθμένα του εμβόλου που σχηματίζεται για αυτόν) στο τέλος της διαδρομής συμπίεσης. Η ανάμειξη επομένως γίνεται στον κύλινδρο και όχι στον θάλαμο στροβιλισμού όπως με την έμμεση έγχυση. Για να βελτιωθεί ο σχηματισμός μείγματος, ο αέρας εισόδου στροβιλίζεται. Ο στροβιλισμός δημιουργείται από το σχήμα της πολλαπλής εισαγωγής και το σχήμα του πυθμένα του εμβόλου.
Σε σύγκριση με έναν κινητήρα ντίζελ με έμμεσο ψεκασμό, ένας κινητήρας ντίζελ με άμεσο ψεκασμό έχει το πλεονέκτημα ότι απαιτεί μικρότερη επιφάνεια τοιχώματος θαλάμου καύσης. Ως αποτέλεσμα, ένας κινητήρας ντίζελ άμεσου ψεκασμού θα έχει μικρότερη απώλεια θερμότητας συμπίεσης και καύσης, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση και καθαρότερα καυσαέρια.
Έμμεση ένεση:
Ο έμμεσος ψεκασμός χρησιμοποιήθηκε πιο συχνά σε παλαιότερους κινητήρες ντίζελ. Στις μέρες μας σχεδόν δεν το συναντάς πια.
Σε έναν κινητήρα με έμμεσο ψεκασμό, το καύσιμο δεν εγχέεται πάνω από το έμβολο, αλλά εγχέεται, αναμιγνύεται και εξατμίζεται στον θάλαμο στροβιλισμού. Το καύσιμο εγχέεται στον στροβιλιζόμενο αέρα του θαλάμου στροβιλισμού κατά τη διάρκεια της διαδρομής συμπίεσης. Αυτό εξασφαλίζει καλή ανάμειξη του καυσίμου με τον αέρα. Σε αυτή την περίπτωση το κάτω μέρος του εμβόλου είναι επίπεδο (μερικές φορές με εσοχές για τις βαλβίδες).
Τμήμα χαμηλής & υψηλής πίεσης:
Η παροχή καυσίμου ενός κινητήρα ντίζελ χωρίζεται σε 2 μέρη. το τμήμα χαμηλής πίεσης και το τμήμα υψηλής πίεσης.
Το τμήμα χαμηλής πίεσης αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:
- Δεξαμενή καυσίμων
- Ενισχυτική αντλία (τοποθετείται στη δεξαμενή καυσίμου ή σε μία μονάδα με την αντλία υψηλής πίεσης)
- Φίλτρο καυσίμων (τοποθετείται κάτω από το αυτοκίνητο ή κάτω από το καπό, αφαιρεί τα μολυσμένα σωματίδια και την υγρασία από το καύσιμο ντίζελ)
- Γραμμές καυσίμου χαμηλής πίεσης (το καύσιμο παραδίδεται από τη δεξαμενή στην αντλία υψηλής πίεσης μέσω αυτών των γραμμών)
- Σωλήνα επιστροφής καυσίμου (μεταφέρει το καύσιμο επιστροφής και διαρροής από τα μπεκ, την αντλία υψηλής πίεσης και το φίλτρο πίσω στη δεξαμενή καυσίμου) Αυτό το καύσιμο επιστροφής/διαρροής είναι απαραίτητο για την ψύξη και τη λίπανση των σχετικών εξαρτημάτων. Η θερμότητα απομακρύνεται έτσι στη δεξαμενή.
Το τμήμα υψηλής πίεσης αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:
- Σωληνώσεις καυσίμου υψηλής πίεσης (το καύσιμο τροφοδοτείται μέσω αυτών των γραμμών από την αντλία υψηλής πίεσης στα μπεκ. Οι γραμμές πρέπει να έχουν όλες το ίδιο μήκος και πάχος για να αποφευχθούν διαφορές πίεσης)
- Αντλία υψηλής πίεσης (το καύσιμο που αντλείται από την αντλία παροχής στην αντλία υψηλής πίεσης αντλείται από εδώ μέσω των γραμμών καυσίμου υψηλής πίεσης στα μπεκ)
- Ψεκαστήρας (εγχύστε το καύσιμο στον κύλινδρο όταν φτάσετε στην πίεση ανοίγματος)
Διαδικασία ένεσης:
Ο χρόνος μεταξύ του ψεκασμού καυσίμου και της πραγματικής καύσης ονομάζεται χρόνος καθυστέρησης. Τα μικρά σταγονίδια καυσίμου που εγχέονται μέσω του μπεκ ψεκασμού πρέπει να μεταβούν σε αέρια μορφή. Αυτή η μετάβαση είναι δυνατή λόγω της υψηλής θερμοκρασίας στον θάλαμο καύσης (η οποία επιτυγχάνεται με την τελική πίεση συμπίεσης ή τον προθερμαντήρα κατά την εκκίνηση). Αυτός ο χρόνος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερος, διαφορετικά θα επηρεάσει την καύση. Αυτό σημαίνει επίσης ότι ο κινητήρας θα λειτουργεί χειρότερα και θα είναι διαθέσιμη λιγότερη ισχύς.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει την πλήρη διαδικασία έγχυσης.
Κτύπημα ντίζελ:
Υπάρχουν μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου μεταξύ της έναρξης της έγχυσης (βλ. Α στην παραπάνω εικόνα) και της έναρξης της καύσης (C). Τα πολύ μικρά σταγονίδια καυσίμου που εγχέονται μέσω του μπεκ ψεκασμού (το νέφος καυσίμου) πρέπει πρώτα να θερμανθούν πριν μετατραπούν σε μορφή ατμού. Το εξωτερικό της σταγόνας καυσίμου μετατρέπεται πρώτα σε αέρια μορφή και στη συνέχεια θα καεί σταδιακά. Τα υπόλοιπα υπολείμματα της σταγόνας αναφλέγονται αυθόρμητα και προκαλούν τον αναγνωρίσιμο ήχο του κινητήρα. το χτύπημα του ντίζελ. Αυτή είναι μια ανεξέλεγκτη καύση και μπορεί να συμβεί σε λάθος χρόνο.
Τα ακόλουθα πράγματα μπορούν να προκαλέσουν χτύπημα ντίζελ:
- Ελαττωματικοί ατμοποιητές (στάγδην ή κακή ψεκασμός με σταγονίδια που είναι πολύ μεγάλα)
- Ελαττωματική αντλία έγχυσης (ελαττωματικά οι βαλβίδες παροχής ή τα έμβολα)
- Καύσιμο (υπάρχει νερό, πολύ χαμηλός αριθμός κετανίου, αέρας στο καύσιμο
- Κινητήρας (πολύ χαμηλή τελική πίεση συμπίεσης, οι προθερμαντήρες δεν λειτουργούν)
- Λανθασμένος χρονισμός της αντλίας καυσίμου
