В дизельном двигателе воздух подвергается очень сильному и быстрому сжатию для чего это делается
Топливная система дизельного двигателя или система питания предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, его очистки топлива и равномерного распределения по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от бензинового состоят в следующем: в дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокому сжатию. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.
В грузовом автомобиле, систему питания дизельного двигателя составляют следующие элементы:
— фильтры для тонкой и грубой очистки топлива
— насосы для подкачки топлива
— топливный насос высокого давления (ТНВД)
— трубопроводы высокого и низкого давления
С помощью топливоподкачивающего насоса топливо поступает из бака в систему питания дизельного двигателя через фильтры, в которых происходит грубая и тонкая очистка топлива. Для транспортировки топлива служат магистрали низкого и высокого давления. Первая из них обеспечивает хранение и фильтрацию топлива, а так же доставку под низким давлением к насосу высокого давления. По второй осуществляется подача топлива в цилиндры двигателя. ТНВД подаёт топливо по соответствующей магистрали к головкам цилиндров, в которых расположены форсунки. Благодаря чему в определённый момент происходит впрыск топлива и его распыление в камерах сгорания. При подкачке из бака топливо с избытком поступает в ТНВД.
Система впрыска
Система подачи топлива перекачивает дизель из топливного бака в ТНВД под низким давлением. Топливный насос создает необходимое для впрыскивания высокое давление топлива. В большинстве систем топливо нагнетается через трубопроводы высокого давления к форсункам и впрыскивается в камеры сгорания под давлением 1200- 2200 бар. На мощность вырабатываемую двигателем, а также на шум, возникающий в процессе сгорания существенно влияет качество топлива, время впрыска и протекание процесса впрыскивания и сгорания.
Основное различие между системами впрыска состоит в механизме создания высокого давления. В отличие от старых систем впрыска, частично оснащенных механическим управлением, в современных системах впрыска используется электронное управление.
Виды систем впрыска:
Топливная система с рядным насосом состоит из подкачивающего насоса низкого давления, топливного насоса высокого давления, топливных трубок высокого давления и форсунок. Управление топливным насосом осуществляется с помощью электроники.
Топливная система с индивидуальным ТНВД(UPEC).Индивидуальные топливные системы рассчитаны на работу с одной форсункой для каждого цилиндра. Что позволяет оптимально адаптировать подобные системы к соответствующим двигателям. Индивидуальные насосы, как все одноцилиндровые, не имеют собственного кулачка. Их приводные кулачки расположены на распределительном валу механизма газораспределения дизеля.
Распределительные топливные системы.Распределительные ТНВД оснащаются единым нагнетающим элементом высокого давления для всех цилиндров. Топливо нагнетается через магистрали высокого давления к форсункам и впрыскивается в камеры сгорания. Распределительные ТНВД характеризуются высокой мощностью, большой цикличностью, малым весом и минимальными конструктивными размерами.
Топливные системы с насос-форсунками (PDE). Топливный насос высокого давления и форсунка объединены в единый агрегат. Насос-форсунки устанавливаются в каждом цилиндре двигателя, что позволяет электронному блоку управлять топливоподачей индивидуально для каждого цилиндра. Регулируется, как цикловая подача каждой насос-форсунки, так и момент впрыскивания топлива в каждый цилиндр двигателя.
Топливная система с насос-форсунками открытого типа (HPI). В этой системе распылитель форсунки открыт в процессе фазы заполнения. Ее особенность заключается в том, что в ней цилиндры распределены на две группы. Насос-форсунки каждой группы цилиндров управляются своей парой клапанов. Один из них регулирует количество топлива, подаваемое в цилиндры двигателя, а второй момент впрыска топлива. Таким образом, топливная система состоит из 6-ти насос-форсунок открытого типа, 4-х электромагнитных клапанов управляющих насос форсунками, и топливоподкачивающего насоса.
Топливная система Common Rail. Требованию экологических норм Евро 4-5 способствовали разработке топливной системы Common Rail, которая существенно отличается от всех предыдущих. В системе впрыска с аккумулятором высокого давления функции создания высокого давления и впрыска разделены. Давление впрыска создается и регулируется автономным ТНВД независимо от частоты вращения коленчатого вала и величины цикловой подачи. Эта система предоставляет большие возможности для варьирования параметров впрыска топлива. Гибкая система, адаптирующая топливную систему к двигателю. Это достигается благодаря следующим возможностям:
— высокое давление впрыска топлива (до 1600-1800 бар.)
— адаптация давления впрыска к условиям работы двигателя (200-1800 бар.)
-предельный угол опережения впрыска топлива
— возможность осуществлять несколько предварительных впрысков (даже вторичных впрысков с большой задержкой)
Таким образом, система Common Rail позволяет увеличивать удельную мощность двигателя, снижать расход топлива, уменьшать уровень шума и выброса вредных веществ.
Неисправности топливной системы
Основная причина выхода из строя топливной системы европейских грузовиков – использование некачественного дизеля, что приводит к различным неисправностям. Основные признаки неисправности топливной системы: увеличение расхода топлива, потеря мощности, неравномерная работа двигателя, повышенное дымообразование. Ремонт топливной системы рекомендуется проводить в специализированных сервисах для коммерческого транспорта, где есть в наличии диагностическое оборудование и квалифицированные специалисты.
Основные причины выхода из строя топливной системы:
— Содержание воды в дизельном топливе и попадание ее в форсунки
— Плохая фильтрация топлива из-за использования некачественных топливных фильтров
— Потеря давления (герметичности) во впускном тракте (от трубопровода до ДВС)
При неисправности топливной системы специалисты советуют в первую очередь проверять не насос-форсунки, а провести комплексную диагностику на станции технического обслуживания:
— Проверить уровень давления в топливном насосе низкого давления (ТННД).
— Проверить герметичность системы впуска от турбокомпрессора до ГБЦ.
— Проверить гильзо-поршневую группу ДВС. Следует обратить внимание, на то происходит ли при работе двигателя выброс паров масла из сапуна, так называемое «сапунение».
— И только после вышеперечисленного проверить исправность насос-форсунок и форсунок. Если сразу заменить форсунки без комплексной диагностики и устранения настоящей причины неисправности топливной системы, то через месяц форсунки могут снова выйти из строя. Как правило, в форсунке разрушения происходят в электромагнитной части, ломается распылитель, разрушается клапанный узел. В этом случае необходима диагностика каждой форсунки, ведь с помощью компьютерной диагностики достаточно сложно выявить такие неисправности.
— Проверить правильность установки топливного фильтра тонкой очистки. Водители, самостоятельно устанавливая фильтр, зачастую делают это неправильно, поэтому процедуру замены топливного фильтра рекомендуется делать на СТО.
— Ремонт системы Common Rail специалисты настоятельно рекомендуют делать в автосервисе, так как система оснащена электронным клапаном управления и самостоятельные попытки ремонта только ухудшат ситуацию. Как правило, система выходит из строя из-за низкого качества топлива, поэтому на грузовиках, на которых установлена система Common Rail, топливные фильтры меняют чаще. Помните, что в случае необходимости замены электронной форсунки следует менять их комплектом. Если заменить только одну форсунку, то она будет брать на себя большую нагрузку и быстрее выйдет из строя. К тому же, может увеличится нагрузка на цилиндры и двигатель, что приведет к необходимости капитального ремонта ДВС. Так же не стоит забывать, что срок службы форсунок примерно одинаков и если одна из них вышла из строя, то и у остальных ресурс работы быстро закончится.
Сергей Горелов, механик-диагност топливной аппаратуры компании «Коммерческий транспорт»:
«Самостоятельная промывка водителями топливной системы европейских грузовиков с помощью специальных присадок, может привести к выходу из строя этой системы через 3-4 месяца. Присадки смывают масляные отложения от стенок топливного бака, топливных фильтров и проводов. Масло и различные примеси попадают в форсунки, где при высокой температуре эта смесь «закоксовывается» и выводит форсунку из строя. Поэтому мы не рекомендуем водителям самостоятельно проводить промывку топливной системы. На СТО механики проведут профессиональную очистку и ремонт топливной системы. Во время исправления дефектов может осуществляться: регулировка механизмов распределения давления в системе впрыска, тестирования на специализированных стендах, отработка количества подаваемого топлива и пр.».
Чтобы продлить срок эксплуатации топливной системы необходимо: своевременно проводить ее комплексную диагностику (каждые 60 000-120 000 км), проверять регулировку клапанов и насос-форсунок, регулярно менять топливные фильтры в соответствии с рекомендациями производителей, а при использовании российского дизельного топлива в два раза чаще.
Топливные и воздушные фильтры
Топливо, поступающее к насосу высокого давления и форсункам, не должно содержать механических примесей, вызывающих повреждение или повышенный износ деталей топливной аппаратуры. Поэтому в системе питания дизелей топливо многократно фильтруют. На двигателях обычно устанавливают два последовательно работающих топливных фильтра: грубой и тонкой очистки.
Топливные фильтры кроме защиты от частиц износа должны иметь достаточную емкость для хранения отсеиваемых частиц, так как в противном случае они могут быть закупорены еще до окончания срока службы. В случае постепенной закупорки топливного фильтра уменьшается подача топлива и снижается мощность двигателя. Поэтому в любой системе впрыска важно использовать топливный фильтр, подходящий именно для нее. Установка несоответствующих фильтров в лучшем случае ухудшит работу двигателя, а в худшем может иметь очень серьезные и затратные последствия от необходимости замены деталей до замены всей системы впрыска. Из-за того, что по сравнению с бензином дизельное топливо содержит намного больше загрязняющих веществ и более высокого давления впрыска, системы питания грузовиков требуют большей защиты от частиц износа. Поэтому, дизельные топливные фильтры изготавливаются со сменными фильтрующими элементами. Современные системы впрыска требуют обеспечения фильтрующей способности от 65% до 98% . Еще одной важной функцией дизельных топливных фильтров является отделение воды, присутствующей в топливе. Когда вода соединяется с серой, содержащейся в «солярке», образуется серная кислота вызывающая коррозию деталей. Фильтр обычно устанавливается в контуре низкого давления в моторном отсеке между топливоподкачивающим насосом и ТНВД. Широко распространены резьбовые топливные фильтры со сменным элементом, последовательно установленные фильтры и неметаллические фильтрующие элементы.
Фильтр грубой очистки топлива. Этот элемент топливной системы предназначается для отсеивания из топливной смеси частиц пыли, грязи, мусора, ржавчины и воды. Попадание этих веществ в систему подачи топлива позволяет избежать создания пробок в топливных трубках, а также засорения форсунок. Отделение воды из дизеля осуществляется с помощью фильтрующего водоотталкивающего материала. Сепарированная вода и крупные механические примеси собираются в водосборнике внизу корпуса фильтра. В некоторых случаях для контроля воды в водосборнике используется датчик наличия воды в топливе. Слив воды осуществляется вручную, путем открытия сливной пробки или нажатия на кнопку.
Фильтр тонкой очистки топлива.Пройдя через фильтр грубой очистки, топливо нагнетается подкачивающим насосом в фильтр тонкой очистки. Очищение дизеля в фильтре тонкой очистки является финальной стадией очищения от механических примесей перед тем, как топливо поступит в ТНВД.
Современные топливные фильтры выполняют следующие дополнительные функции:
— Предварительный подогрев топлива электрическим способом, охлаждающей жидкостью или возвращающимся потоком топлива.
— Информирование об интервале технического обслуживания с помощью измерения дифференциального давления.
— Применение заполняющих и прокачивающих устройств. После замены фильтрующего элемента топливная система заполняется и прокачивается ручным подкачивающим насосом, который обычно встроен в крышку корпуса фильтра.
Топливные фильтры подлежат регулярной замене. Их следует менять в соответствии с рекомендациями производителей грузовиков (примерный срок замены около 15 000 — 20 000 км пробега). При замене фильтрующего элемента необходимо выполнять очистку корпуса фильтра. После замены фильтра необходимо заполнить корпус дизельным топливом и удалить воздух из системы. Замену топливного фильтра специалисты советуют делать на СТО.
Ведущие европейские производители качественных топливных фильтров: Mann+Hummel, Mahle/Knecht, Hengst.
Качественное дизельное топливо является еще одним важным условием обеспечения длительного срока службы и бесперебойного функционирования систем впрыска.
Отличительные характеристики качественного дизельного топлива:
— высокое цетановое число
— относительно низкая температура конца кипения
— незначительные отклонения плотности и вязкости
— низкое содержание ароматических и полиароматических углеводородов
— низкое содержание серы
Воздушный фильтр фильтрует всасываемый двигателем воздух и предотвращает попадание в двигатель: минеральной пыли, масляного тумана, аэрозолей, нагара дизельного топлива, пыльцы и других загрязнителей. Благодаря очистке воздуха сокращается износ, например, трущихся пар в подшипниках, поршневых колец и стенок цилиндра. Кроме того, воздушный фильтр защищает термопленочный датчик массового расхода воздуха, предотвращая отложения в нем пыли, которая может вывести его из строя.
Воздушный фильтр глубокого слоя в отличие от поверхностных фильтров задерживает частицы в структуре фильтрующего материала. Фильтрующие элементы разрабатываются в соответствии с требованиями производителей двигателей и обеспечивают минимальную потерю давления и высокую эффективность фильтрации (на 99,95%) независимо от интенсивности воздушного потока. Ведущие европейские производители качественных воздушных фильтров: Mann+Hummel, Mahle/Knecht, Hengst.
Качественные фильтры в основном состоят из целюлозного волокна, подвергнутого специальному тиснению и пропитанного смолой для достижения водостойкости, механической и химической стойкости. В последнее время при изготовлении фильтров применятся синтетические, композитные и нановолоконные материалы. Низкокачественные фильтры пропускают большее количество частиц пыли и могут порваться.
Топливная система — достаточно сложна и чувствительна к условиям эксплуатации. Износ, повреждение, загрязнение топливной системы может привести, в том числе к капитальному грузовому ремонту. Частота ремонта этой системы зависит от качества используемых запчастей и комплектующих. Владельцам грузового транспорта не стоит экономить на топливных и воздушных фильтрах и устанавливать расходные материалы от проверенных европейских производителей. Помните, что своевременная диагностика позволит выявить неисправности топливной системы и избежать дорогостоящего ремонта.
Чтобы избежать серьезных проблем из-за неисправностей в системе топливоподачи и простоя грузовика стоит использовать качественное топливо и своевременно проводить диагностику и ТО (менять фильтры) Следует регулярно проводить диагностику и своевременно устранять неполадки в топливной системе. Лучше всего для ремонта топливной системы грузового авто обратиться на станцию технического обслуживания.На СТО компании «Коммерческий транспорт» работы производят квалифицированные специалисты, имеющие знания и опыт в ремонте системы топливоподачи европейского грузового транспорта.
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.
- 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.
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, C9H20, в то время как дизельное топливо, как правило, C14H30). 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.
Как работает дизельный двигатель
В данной статье описаны основные процессы, связанные с внутренним сгоранием топлива, рассказывается о четырёхтактном цикле, а также обо всех подсистемах благодаря которым происходит работа двигателя.
Содержание статьи
- Введение
- Сравнение дизельных и бензиновых двигателей
- Система впрыска дизельного топлива
- Дизельное топливо
- Улучшение качества дизельного топлива и Биодизель
- Узнать больше
- Читайте также » Статьи про все типы двигателей
В данной статье описаны основные процессы, связанные с внутренним сгоранием топлива, рассказывается о четырёхтактном цикле, а также обо всех подсистемах, благодаря которым происходит работа двигателя.
История дизеля начинается с изобретения бензинового двигателя. В 1876г. Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель. В основе работы его модели лежал четырехтактный цикл сгорания топлива, также известный как «Цикл Отто», который используется в большинстве современных автомобильных двигателей. На первых порах бензиновый двигатель не обладал большой эффективностью, как и его основные конкуренты, например, паровой двигатель. В таких двигателях лишь 10% топлива реально использовалось для движения автомобиля. Остальное же топливо производило бесполезное тепло.
В 1878г. на занятиях в Высшей политехнической школе в Германии (аналог инженерного колледжа) Рудольф Дизель узнал о низком КПД бензиновых и паровых двигателей. Эта проблема вдохновила его на создание более производительного двигателя. Спустя много лет, в 1892г. Дизель запатентовал одноименный «Мощный двигатель внутреннего сгорания».
Но если дизельные двигатели более эффективные, почему бензиновые более популярные? Представляя себе дизельный двигатель, Вы, скорее всего, подумаете об огромном грузовике, который извергает черный грязный дым и сильно шумит. Именно по этим причинам в США автомобилистам и не нравится дизель. Несмотря на то, что этот тип двигателя превосходно подходит для перевозки грузов на большие расстояния, дизельные автомобили редко покупают для повседневной езды. Однако прогресс не стоит на месте, и идет модернизация дизельного двигателя для уменьшения загрязнения атмосферы и снижения уровня шума.
Если Вы еще не знаете, то, скорее всего, Вам будет интересно сперва узнать, «Как работает автомобильный двигатель», чтобы иметь общее представление о процессе внутреннего сгорания топлива. Когда прочитаете, возвращайтесь на эту страницу и узнаете все о секретах работы дизельного двигателя и последних инновациях.
КПД 4,5-литрового двигателя Duramax V-8 на 25% выше по сравнению с бензиновыми, при этом выхлопы намного чище.
Рудольф Дизель, изобретатель дизельного двигателя.
Сравнение дизельных и бензиновых двигателей
По большому счету, дизельные и бензиновые двигатели имеют схожее устройство. И те, и другие являются двигателями внутреннего сгорания, преобразующие химическую энергию топлива в механическую. Эта механическая энергия перемещает поршни вверх-вниз внутри цилиндров. Поршни соединяются с коленвалом, и их линейное движение преобразуется в круговое движение, которое необходимо для вращения колес.
Как дизельный, так и бензиновый типы двигателей преобразуют топливо в энергию посредством серии взрывов или сгораний. Основное различие дизельных и бензиновых двигателей состоит в том, как происходят эти взрывы. В бензиновых двигателях подаваемая смесь топлива и воздуха сжимается во время хода поршня и воспламеняется искрой свечи. В дизельном же двигателе сначала происходит сжатие воздуха, затем происходит подача топлива. Нагреваемый при сжатии воздух воспламеняет топливо.
Ниже представлена анимация, наглядно демонстрирующая цикл дизеля. Сравните с анимацией цикла бензинового двигателя для того, чтобы увидеть основные различия.
В дизельном двигателе, как и в бензиновом, используется четырехтактный цикл сгорания топлива. Четыре такта работы:
Такт впуска — Впускной клапан открывается, происходит впуск воздуха и движение поршня вниз.
Такт сжатия — Поршень движется вверх, сжимая воздух.
Рабочий такт — Как только поршень достигает верхней точки, происходит впуск и возгорание топлива, при этом поршень движется вниз.
Такт выпуска — Поршень снова движется вверх, выталкивая продукты сгорания через выпускной клапан.
Необходимо помнить, что в дизельных двигателях не используются свечи зажигания, т.к. происходит впуск и сжатие воздуха, затем впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания (прямой впрыск). В дизельном двигателе возгорание топлива происходит за счет тепла сжатого воздуха. В следующем разделе статьи представлен процесс впрыска дизельного топлива.
Система впрыска дизельного топлива
Существенным различием между дизельным и бензиновым двигателем является процесс впрыска топлива. В большинстве автомобильных двигателей используется впрыск во впускные каналы или карбюратор. При впрыске во впускные каналы, топливо поступает до начала такта впуска (вне цилиндра). В карбюраторе происходит смешивание воздуха и топлива до их попадания в цилиндр. Следовательно, в бензиновом двигателе топливо поступает в цилиндр в течение такта впуска, затем происходит сжатие. Степень сжатия смеси топливо-воздух определяет компрессию двигателя – если воздух слишком сильно сжать, смесь топливо-воздух самопроизвольно воспламеняется, вызывая детонацию. При этом происходит резкое повышение температуры, что может привести к повреждениям двигателя.
В дизельных двигателях используется система прямого впрыска топлива — дизельное топливо поступает непосредственно в цилиндр.
Дизельная форсунка является наиболее сложной деталью двигателя, которая претерпела многочисленные изменения. Расположение форсунки зависит от конкретного двигателя. Форсунка должна противостоять высокой температуре и давлению внутри цилиндра, распыляя при этом топливо. Равномерное распределение распыленного топлива в цилиндре также представляет собой сложную задачу, для этого на некоторых дизельных двигателях устанавливаются впускные клапаны, камеры предварительного сгорания и другие устройства, способствующие образованию вихревого потока воздуха для улучшения процесса сгорания топлива.
В некоторых дизельных двигателях используются свечи накаливания. В холодном двигателе процесс сжатия воздуха не всегда может обеспечить температуру, необходимую для воспламенения топлива. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку (аналогичные проволоки используются в тостерах), которая повышает температуру камеры сгорания, что способствует запуску даже холодного двигателя. По словам высококвалифицированного специалиста по тяжелому оборудованию Клэя Бротертора:
Все функции современных дизельных двигателей контролируются электронной системой управления, которая представляет собой блок датчиков для измерения всех показателей, от оборотов двигателя, температуры масла и охлаждающей жидкости до точного положения поршня (верхней мертвой точки). Свечи накаливания редко используются в больших двигателях. Электронная система управления отслеживает температуру окружающего воздуха, задерживая запуск двигателя в холодную погоду. При этом впрыск топлива происходит позже, чем обычно. Воздух в цилиндре сжимается сильнее, создавая больше тепла, что способствует запуску.
В небольших двигателях и двигателях без сложной электронной системы управления используются свечи накаливания для решения проблемы холодного запуска.
Необходимо помнить, что механическая конструкция не является единственным отличием дизельного двигателя от бензинового. Само топливо также отличается.
Дизельное топливо
Сырая нефть является естественным природным образованием. В процессе переработки нефти может быть получено несколько видов топлива, включая бензин, авиационное топливо, керосин и, конечно же, дизель.
Если сравнить бензиновое и дизельное топливо, можно легко найти отличия. Они имеют разный запах. Дизельное топливо более тяжелое и маслянистое. Дизель испаряется значительно медленнее бензина – его точка кипения значительно выше, чем у воды. Дизель напоминает жидкое масло.
Испарение дизеля происходит медленнее, т.к. он тяжелее. Он содержит больше атомов углерода в более длинных цепочках, чем бензин (цепочка бензина C9H20, тогда как у дизеля уже C14H30). Для производства дизеля требуется меньше очистки, поэтому он дешевле бензина. Однако с 2004г. спрос на дизельное топливо увеличился по нескольким причинам, включая активное развитие промышленности и строительства в Китае и США [Источник: Управление по энергетической информации министерства энергетики США].
Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина. В среднем, 1 галлон (3,8 л) дизельного топлива содержит 155×10 6 Дж (147000 БТЕ), в то время как 1 галлон бензина содержит123×10 6 Дж (125000 БТЕ).
Энергетическая плотность и эффективность дизельных двигателей объясняют экономный расход топлива, по сравнению с аналогичными бензиновыми двигателями.
Дизельное топливо используется в различных сферах деятельности. Помимо грузовиков, несущихся по шоссе, оно также незаменимо в лодках, автобусах, поездах, кранах, фермерском хозяйстве, автомобилях аварийно-спасательных служб и силовых генераторах. Дизель настолько важен для экономики, что без него промышленность и сельское хозяйство мгновенно пострадали бы из-за больших инвестиций в альтернативное топливо с низкой мощностью и эффективностью. Около 94 % грузоперевозок в поездах, фурах и на кораблях зависят от дизеля.
Что касается вопросов экологии, у дизельного топлива есть свои преимущества и недостатки. Среди преимуществ следует отметить тот факт, что дизель выпускает незначительное количество угарного, углекислого газов и углеводородов, которые способствуют глобальному потеплению. К недостаткам можно отнести высокое количество выделяемых азотных соединений и сажи, которые становятся причиной кислотных дождей, смога и плохого самочувствия. На следующей странице представлена информация о последних разработках по устранению недостатков дизеля.
Улучшение качества дизельного топлива и Биодизель
Во время нефтяного кризиса 1970-х гг., автомобильные компании Европы начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого транспорта как альтернативу бензиновым. Те, кто попробовал перейти на дизельные двигатели, были разочарованы — двигатели работали очень громко, возвращаясь домой, водители обнаруживали, что автомобили полностью покрыты сажей, из-за которой в крупных городах образовывался смог.
Однако за последние 30-40 лет были значительно улучшены показатели двигателей и чистота топлива. Прямой впрыск топлива контролируется сложными компьютерами, благодаря чему увеличивается КПД двигателей, снижается количество вредных выбросов. Высокоочищенный дизель, такой как топливо со сверхнизким содержанием серы, позволяет уменьшить количество вредных выбросов и выйти на уровень экологически чистого топлива. Среди других технологий следует отметить сажеуловитель с постоянной регенерацией, в котором используются фильтры и каталитический нейтрализатор отработавших газов. Происходит сжигание сажи и снижение выбросов угарного газа и углеводородов до 90% [Источник: Форум дизельных технологий]. Благодаря постоянному ужесточению экологических стандартов топлива, Европейских Союз подталкивает автомобильную промышленность к решению вопроса снижения выбросов.
Скорее всего, все слышали о биодизеле. Отличается ли он от обычного дизеля? Биодизель является альтернативным топливом или присадкой для дизельных двигателей, использование которых не предполагает значительных изменений конструкции двигателя. Биодизель не является продуктом переработки нефти, он получается из растительных масел или животных жиров после химического изменения. (Интересный факт: Рудольф Дизель изначально планировал использования масла семян овощей в качестве топлива для своего изобретения.) Биодизель добавляют в обычный дизель или используют в качестве отдельного топлива.
РАБОТА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В начале работы дизельного двигателя в цилиндр поступает воздух. Воздух начинает сжиматься с очень высокой степенью сжатия, это приводит к повышению давления и соответственно температуры. В конце такта сжатия в определенное время в нагретый воздух происходит впрыск дизельного топлива с помощью специального устройства —форсунки. Дизельное топливо от соприкосновения с горячим сжатым воздухом самовоспламеняется, поэтому вы наверно слышали, дизельный двигатель так и называют двигатель с воспламенением от сжатия. Рабочая смесь в таком двигателе образуется непосредственно в цилиндре.
Работа дизельного двигателя на такте впуска.
Поршень движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Во время этого такта в цилиндре создается разрежение. Впускной клапан открывается и происходит наполнение чистым воздухом (очистку воздуха обеспечивает воздухоочиститель). В цилиндре остаются отработавшие газы, которые смешиваются с воздухом. Во время такта впуска давление воздуха в цилиндре может колебатся от 80 до 90 кПа, а температура где-то от 50 до 75 градусов.
Работа дизельного двигателя во время такта сжатия.
Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом впускной и выпускной клапаны находятся в закрытом положении. Объем воздуха уменьшается, а давление пропорционально увеличивается, при этом увеличивается и температура. Давление воздуха может составлять 3,5 МПА, а температура держится на уровне 650-700 градусов. Чтобы обеспечить надежную раюоту двигателя необходимо, чтобы температура была значительно выше температуры самовоспламенения дизельного топлива.
Работа дизельного двигателя во время такта рабочего хода.
При такте расширения, так его еще называют. Оба клапана находятся в закрытом состоянии. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке в горячий и сжатый воздух впрыскивается мелко распыленное, дисперсное дизельное топливо давление составляет 20—22 МПа. Это давление нагнетает топливный насос. Топливо поступает в цилиндр, перемешиваясь с воздухом нагревается, далее испаряется и воспламеняется. При сгорании топлива в цилиндре давление составляет около 6-8 Мпа, а температура 1800-200 градусов. Образовавшиеся газы действуют на днище поршня и перемещают его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Этот такт совершает работа, поэтому он считается основным тактом рабочего цикла.
Работа дизельного двигателя во время такта выпуска.
Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом открыт выпускной клапан, через который вытесняются отработавшие газы из цилиндра. Давление при такте пуска составляет 110-120 кПа, а температура, 600-700 градусов.