Предмети:
- Історія дизельного двигуна
- Операція
- Переваги та недоліки дизельного двигуна
- Робочий цикл чотиритактного дизеля
- Пряме та непряме впорскування
- Секція низького та високого тиску
- Процес ін'єкції
- Стук дизеля
Історія дизельного двигуна:
Дизельний двигун названий на честь його винахідника Рудольфа Дізеля (1858-1913). Перший дизельний двигун за теорією Дизеля став реальністю 17 лютого 1894 року. Цей двигун працював за принципом самозаймання і працював 1 хв довгий 88 об/хв. Роберт Бош розробив насос високого тиску, який дозволив дизельному двигуну розпочати глобальне завоювання.
Першим легковим автомобілем з дизельним двигуном став Mercedes-Benz 170D 1935 року.
Операція:
У дизельному двигуні в циліндри подається повітря. Ніякої суміші, як це часто буває в бензинових двигунах. Там паливо часто вже змішане з повітрям (сумішшю). Повітря в дизельному двигуні іноді всмоктується самим двигуном (без турбонаддува), зазвичай подається під тиском турбонаддувом. Це називається наддувом. Наддув призводить до надходження більшої кількості повітря, яке можна запалити за допомогою додаткового палива. Детальніше про заливку під тиском можна дізнатися на сторінці турбо. У дизельний двигун подається якомога більше повітря, яке не регулюється за кількістю, як у бензинового двигуна. Необмежений запас повітря називається надлишком повітря.
У дизельному двигуні паливо не запалюється за допомогою компонента (подібно до того, як свічка запалює бензинове паливо в бензиновому двигуні). У дизельному двигуні згоряння досягається шляхом впорскування дизельного палива. Ось чому дизельний двигун отримав назву «самозапалювальний». The паливний насос високого тиску забезпечує необхідний тиск палива.
Це горіння потребує великої кількості тепла. Це тепло створюється високим тиском стиснення, який поршень створює під час стиснення. Стиснення повітря (воно знаходиться під дуже високим тиском) створює багато тепла. Це тепло необхідно для горіння.
De розпилювач впорскує певну кількість дизельного палива безпосередньо перед тим, як поршень досягне ВМТ. Зазвичай це робиться в кілька етапів, з попереднім, основним і після ін’єкції. Оскільки дизельне паливо змішується з теплим повітрям (через високий кінцевий тиск стиснення), це паливо самозаймається. Це називається силовим ударом. (Докладніше про чотиритактний процес пізніше).
Тому дизельному двигуну для початку горіння потрібне тепло. Цього тепла (принаймні 250 градусів) ще немає під час запуску двигуна. Кінцевий тиск стиснення часто не забезпечує правильної температури в камері згоряння. Для вирішення цього існують свічки розжарювання встановлений в головці блоку циліндрів. Ці свічки розжарювання активуються під час запуску та гарантують, що повітря в камері згоряння має правильну температуру для запалювання дизельного палива.
Переваги та недоліки дизельного двигуна
- Переваги дизельного двигуна перед бензиновим:
Завдяки вищому ступеню стиснення та процесу згоряння дизельний двигун економічніший, ніж бензиновий. Дизельний двигун, як правило, також має довший термін служби (залежно від того, як він використовується). - Недоліки дизельного двигуна в порівнянні з бензиновим:
Дизельний двигун шумніший, має нижчу потужність порівняно з бензиновим двигуном з таким самим об’ємом циліндрів (без використання турбонаддуву та проміжного охолоджувача), і це дорожчий двигун із більшою конструкцією. Сьогодні попередній нагрів двигуна більше не є недоліком, тому що дизельний двигун із прямим уприскуванням легко запускається без попереднього нагріву. Навіть за температури близько точки замерзання він все одно запуститься після запуску трохи довше.
Нині дизельні двигуни стають тихішими, що ускладнює розрізнення бензинових і дизельних двигунів.
Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна:
Робочий цикл дизельного двигуна складається з чотирьох тактів; такт впуску, такт стиснення, такт потужності та такт випуску. Під час цих ходів поршень двічі рухався вниз і вгору. Тому колінчастий вал прокрутився двічі.
Під час кожного інсульту відбувається багато речей; повітря всмоктується, паливо впорскується, повітря та паливо спалюються, а гази, що залишилися, викидаються з циліндра. Нижче наведено опис того, що саме відбувається в кожному трюку:
- Такт впуску:
Впускний клапан відкритий, випускний закритий. Поршень рухається від ВМТ до ОРП.
– Без турбонаддуву: повітря всмоктується через негативний тиск, який створюється.
– З турбонаддувом: всмоктуване повітря подається з турбонаддува під надлишковим тиском у простір циліндрів.У впускному тракті немає регулюючого клапана, наприклад дросельної заслінки бензинового двигуна. Тому в дизельному двигуні кількість повітря, що всмоктується, не регулюється. Дросельна заслінка у системі впуску (дросельна заслінка) служить лише для вимкнення двигуна. Закривши цей клапан і таким чином припинивши подачу повітря, двигун тихо вимкнеться.
Такт стиснення:
Впускний і випускний клапани закриті. Поршень рухається від ОВП до ВМТ. Повітря стиснене. Це підвищує температуру повітря і, залежно від ступеня стиснення, може досягати температури приблизно 550 градусів. У бензиновому двигуні ця температура становить приблизно 400 градусів. Під час холодного запуску двигун спочатку прогрівається за допомогою свічки розжарювання щоб досягти температури, яка дозволяє суміші займатися.Силовий хід:
Впускний і випускний клапани закриті, а поршень стиснув повітря під дуже високим тиском. За кілька градусів до ВМТ паливо впорскується через інжектор і запалюється високим кінцевим тиском стиснення. Тиск, що виникає в результаті згоряння, штовхає поршень від ВМТ до ОРП.Такт вихлопу:
Впускний клапан закритий, випускний відкритий. Поршень рухається від ODP до TDC і викидає вихлопні гази. Процес кола описано на сторінці процесу Seiliger.
Пряме та непряме впорскування:
Двигун може бути оснащений прямим або непрямим уприскуванням. Відмінності між двома системами описані нижче.
Пряме впорскування:
Тиск уприскування вищий при прямому вприскуванні, ніж при непрямому вприскуванні. Паливо впорскується безпосередньо в циліндр (або сформоване для нього днище поршня) в кінці такту стиснення. Тому змішування відбувається в циліндрі, а не у вихровій камері, як при непрямому вприскуванні. Для поліпшення сумішоутворення вхідне повітря закручується. Завихрення створюється формою впускного колектора та формою днища поршня.
Порівняно з дизельним двигуном із непрямим уприскуванням, дизельний двигун із прямим уприскуванням має ту перевагу, що для нього потрібна менша площа стінки камери згоряння. Як наслідок, дизельний двигун із прямим уприскуванням матиме менші втрати тепла від стиснення та згоряння, що призведе до вищої ефективності та чистіших вихлопних газів.
Непряме введення:
Непряме вприскування найчастіше використовувалося в старих дизельних двигунах. Нині це майже не зустрінеш.
У двигуні з непрямим уприскуванням паливо не впорскується над поршнем, а впорскується, змішується і випаровується у вихровій камері. Паливо впорскується в закручене повітря вихрової камери під час такту стиснення. Це забезпечує хороше змішування палива з повітрям. У цьому випадку днище поршня плоске (іноді з виїмками для клапанів).
Секція низького та високого тиску:
Подача палива дизеля ділиться на 2 частини; секція низького тиску та секція високого тиску.
Секція низького тиску складається з наступних частин:
- Брандстофтан
- Підкачувальний насос (встановлюється в паливний бак, або один блок з насосом високого тиску)
- Паливний фільтр (монтується під автомобілем або під капотом, видаляє забруднені частки та вологу з дизельного палива)
- Паливопроводи низького тиску (по цим трубопроводам паливо подається з бака в насос високого тиску)
- Лінія повернення палива (по ній повертається паливо, що повертається та витікає з форсунок, насоса високого тиску та фільтра, назад до паливного баку). Це паливо, що повертається/витікає, необхідне для охолодження та змащення відповідних частин. Таким чином тепло відводиться в резервуар.
Секція високого тиску складається з наступних частин:
- Паливопроводи високого тиску (по цих лініях паливо подається від насоса високого тиску до форсунок. Усі лінії мають бути однакової довжини та товщини, щоб уникнути різниці тиску)
- Насос високого тиску (паливо, що перекачується від насоса подачі до насоса високого тиску, перекачується звідси через паливопроводи високого тиску до форсунок)
- Атомайзер (впорснути паливо в циліндр при досягненні тиску відкриття)
Процес ін'єкції:
Час між уприскуванням палива і фактичним згорянням називається часом затримки. Дрібні краплі палива, що впорскуються через інжектор, повинні перейти в газоподібну форму. Цей перехід можливий завдяки високій температурі в камері згоряння (яка досягається кінцевим тиском стиснення або свічкою розжарювання під час запуску). Цей час має бути якомога коротшим, інакше це вплине на горіння. Це також означає, що двигун працюватиме гірше і буде менше доступної потужності.
На зображенні нижче показано повний процес введення.
Дизельний стукіт:
Між початком впорскування (див. A на зображенні вище) і початком згоряння (C) є кілька мілісекунд. Дуже дрібні краплини палива, які впорскуються через інжектор (паливний туман), повинні спочатку бути доведені до температури, перш ніж вони можуть бути перетворені в форму пари. Зовнішня частина краплі палива спочатку переходить у газоподібну форму, а потім поступово згорає. Потім залишки краплі спонтанно запалюються та викликають впізнаваний звук двигуна; стукіт дизеля. Це неконтрольоване горіння, яке може виникнути в невідповідний момент.
Наступні речі можуть спричинити стукіт дизеля:
- Несправні розпилювачі (крапельне або погане розпилення із занадто великими краплями)
- Несправний паливний насос (несправні нагнітальні клапани або поршні)
- Паливо (присутня вода, занадто низьке цетанове число, повітря в паливі
- Двигун (кінцевий тиск компресії занадто низький, свічки розжарювання не працюють)
- Неправильна синхронізація паливного насоса
