дизельні двигуни

дизельний двигун що це

Французький вчений С. Карно в 1824 році створив основи термодинаміки. У цій роботі він, серед багато чого іншого, стверджував, що змусити теплову машину працювати найбільш економічно можна, доводячи робоче тіло до температури спалаху палива стисненням. Фактично він сформулював принцип, на якому працюють дизельні двигуни. Залишалося тільки взяти і зробити такий двигун. Але цього довелося чекати ще кілька десятків років.

У 1892 році німецький інженер Рудольф Дизель отримує патент на перший двигун (показаний на малюнку), що працює на стисненні повітря до температури спалаху. У 1987 році перший «дизель-мотор» (так німці називають двигун із займанням від стиснення) заробив і довів свою ефективність.

 

У порівнянні з «Отто-мотором» (бензиновий двигун зі свічками запалювання) новий двигун був більш важким і спочатку не вселяв великого ентузіазму. Але тільки спочатку. Пристрій дизельного двигуна перших зразків включало повітряний компресор для впорскування палива.

Сам Дизель спочатку припускав застосувати зовсім вже екзотичний варіант: вугільний пил. Суміш вугільного пилу і повітря, звичайно, здатна працювати в двигуні, але за скільки годин абразивні частинки з’їдять кільця, поршні, сідла і тарілки клапанів, про це якось не подумали. Та й саму вугільний пил отримати не так просто.

Через важке компресора двигун виявлялося неможливо застосувати на наземному транспорті. Але в роботі він витрачав так мало пального і робота його була настільки стійкою, що відмовитися від нього було вже неможливо. Розрахунки показували, що від двигуна можна очікувати значно більшу потужність, якщо вирішити проблему з подачею палива.

У інженерів виникла ідея замінити компресор плунжерним насосом. Качати паливо в рідкому вигляді було надзвичайно вигідно, на це йде набагато менше енергії, а насос можна зробити зовсім невеликим. Однак, виготовити плунжерні пару було не так просто. Справа в особливій точності виготовлення – відстань між деталями становить 2-3 мікрона.

Все ж дизелів знайшлася робота. Вперше вони були встановлені на німецьких підводних човнах ще під час правління кайзера Вільгельма. (Можливо, з цим пов’язано саме темна історія зникнення самого винахідника, який потонув у Ла-Манші по дорозі в Англію.)

У 1920 році Роберт Бош нарешті, отримує якісний плунжерний насос. У циліндри двигуна навчилися подавати більше палива. Тепер обороти дизельного двигуна і його питома потужність, стають достатніми для установки на автотранспорті. Разом з насосом Бош розробляє і дуже вдалу форсунку для палива.

 

Згоряння палива в дизельному двигуні

Найпростіше зрозуміти, як працює дизельний двигун, якщо подивитися на згоряння палива в ньому. У дизелях використовується важке паливо. Це означає, що двигун внутрішнього згоряння такого типу може працювати на гасі (відомому як солярка), мазуті, сирої нафти, і навіть на деяких рослинних оліях.

Всі ці види палива більш калорійні, ніж бензин. Так що, робоча температура дизельного двигуна помітно вище, ніж у бензинового. Але важкі види палива горять гірше, ніж бензин, повільніше і важко підпалюються. Для їх займання потрібна велика ступінь стиснення, повітряно-паливна суміш повинна нагріватися до 700-800 ° С.

В’язкість будь-якого з дизельних видів палива, навіть в підігрітому стані, вище бензинової, а розпорошувати його необхідно до найменшого стану, особливо в швидкохідних дизелях. Ще експериментальний двигун Дизеля працював при уприскуванні палива під тиском не менше 50 бар (атм), а практичний двигун вимагає 100-200 бар.

Однак, у важких калорійних палив є своя перевага перед бензином. Тиск в циліндрі дизеля практично постійно на всіх такті розширення, тому крутний момент у них досить значний і стабільний. Завдяки постійному тиску, кут випередження запалювання також залишається постійним і регулювання не вимагає. Ресурс дизельного двигуна більше, ніж у бензинового. Є області, де дизель практично незамінний, наприклад в сільськогосподарському тракторі.

Різновиди дизельних двигунів

Принцип дії дизельного двигуна для всіх з них однаковий: спочатку проводиться стиснення свіжого заряду робочого тіла (повітря), потім впорскується паливо. Від високої температури суміш запалюється і згорає, піднімаючи тиск. Під його дією поршень рухається назад і в нижній точці випускний клапан циліндра відкривається, випускаючи відпрацьований газ. В основному, це вуглекислий газ, дизельні двигуни екологічно чистіше бензинових.

Камери згоряння дизелів можуть виконуватися безпосередньо в днище поршня – там робиться виїмка особливої ​​форми – або в ряді випадків використовують передкамери (або форкамери, як це кажуть на батьківщині двигуна). Перший варіант – найекономічніший, другий вважався оптимальним в колишні роки. Зараз, коли економічність, у багатьох випадках, вважається вирішальною, від передкамерних варіантів знову відмовляються.

 

Робочий процес в дизелі може протікати, як і в бензиновому двигуні, в два або чотири такту. Переважна більшість дизелів – чотиритактні. Двотактні простіше реверсировать, тому вони поширені на морських судах, де застосовується жорстка зв’язок з гребним валом. Камери згоряння в двотактних дизелях не розділяються через очевидних проблем з продувкою форкамери.

Конструкція дизельного двигуна залежить від його потужності і призначення. Найбільш потужні двигуни, що застосовуються на судах і деяких електростанціях, мають крейцкопф – пристрій для зниження бічних сил на поршень. Всі потужні дизелі мають складно влаштоване дно, тому, що піддаються високій температурі.

Частина, звернена в циліндр, робиться сталевий, а інша частина поршня (спідниця) – алюмінієвої. Крім того, в поршні зроблені канавки для системи масляного охолодження.

Типи дизельних двигунів розрізняються і по розташуванню циліндрів. Буває рядове, V-образне і навіть таке, при якому циліндри розташовуються з розворотом на 180 градусів. Це залежить від тих умов, які є на місці установки двигуна. Наприклад, на сучасному вантажівці або автобусі, швидше за все, буде застосований дворядний дизель, встановлений під підлогою кабіни водія. Як влаштований дизельний двигун, буде залежати і від наявності наддуву.

Наддувши дизелів

Потужність дизельного двигуна, без збільшення витрати палива, можна підвищити за допомогою турбокомпресора. Тоді можна використовувати ще непоганий шматочок діаграми циклу Карно. Експлуатація дизельного двигуна з турбокомпресором має ту перевагу, що використовуючи енергію вихлопних газів можна розкрутити турбіну, і на тому ж валу встановити іншу турбіну – компресор.

Цей компресор буде нагнітати повітря, що надходить через впускний колектор, збільшиться заряд повітря в циліндрах, і, таким чином, потужність двигуна помітно зросте. (Роботу таких двигунів легко дізнатися по характерному свисту в момент розкручування турбіни.)

Плюси і мінуси дизелів

Переваги дизельного двигуна – це високий і постійний крутний момент в поєднанні з високою екологічністю вихлопних газів (це відноситься, правда, тільки до сучасних двигунів). Також поза конкуренцією їх високий ККД, найвищий серед ДВС. Відомі дизелі (MAN) дають понад 50″code-block code-block-3″ style=”margin: 8px 0; clear: both;”>

 

Проблеми дизельних двигунів, а без них техніки не буває, полягають у важкому пуску, через високий ступінь стиснення (до 25 в сучасних двигунах), на автомобілях доводиться ставити потужний стартер і акумулятор. Велика точність виготовлення деталей насосів високого тиску і форсунок ускладнює обслуговування.

Дизелі вкрай чутливі до механічних забруднень палива, для очищення якого доводиться застосовувати навіть центрифугу в складі паливної апаратури. При рівному обсязі в літрах, дизельний двигун уступає бензиновому по потужності, при рівній потужності дизель важче. Дизельний двигун вимагає більш якісних сплавів для свого виготовлення та помітно дорожче бензинового.

І все ж, порівнюючи переваги та недоліки дизельного двигуна, можна зробити вибір на користь дизеля. Особливо цьому сприяє технічний прогрес в області електроніки і блоків управління двигунами. Система «загальна магістраль» (common rail) і електромагнітні форсунки дозволяє сильно спростити ТВНД, а блок управління доводить економію палива до максимуму, оскільки працює на будь-яких перехідних режимах і встигає все відстежити.

Дизельний двигун: пристрій, принцип роботи

дизельний двигун що це

Другим за популярністю двигунів внутрішнього згоряння є дизельний двигун, який раніше встановлювався тільки на вантажні машини. ККД дизеля більше, ніж у найпоширенішого ДВС – бензинового. При більш високому коефіцієнті корисної дії, дизель витрачає палива набагато менше. Такі переваги інженери-конструктори автомобільної промисловості змогли зробити за рахунок унікальної конструкції.

статті:

Історія створення дизельного двигуна

Двигуни внутрішнього згоряння бензинового типу постійно модифікуються. Конструктори домагаються поліпшення експлуатаційних технічних характеристик. Навіть з новим прямим уприскуванням бензиновий ДВС видає 30″code-block code-block-3″ style=”margin: 8px 0; clear: both;”>

 

Тому дизельні мотори стають все більш популярними і в Європі, і, взагалі, по світу. Бензин дорожчає частіше, ніж дизпаливо. Все більше людей перед покупкою автомобіля оцінюють, який витрата у цього авто. Основний істотний мінус дизельних моторів – це великі габарити і велику вагу. Тому вони встановлювалися тільки на вантажівки.

Виготовлення та обслуговування диз двигуна складніше, тому що конструкція повинна бути такою, щоб всі деталі були зроблені з високою точністю.

Історія створення

Дизельний двигун, він же дизель – це поршневий двигун внутрішнього згоряння, принцип роботи якого заснований на самозаймання палива, розпорошують стисненим і гарячим повітрям.

До кінця 20 століття такий тип ДВС встановлювався на кораблі, тепловози, автобуси, вантажні машини, трактори. З кінця 20 століття після успішних випробувань почав масово встановлюватися на легкові авто.Названіе цього двигуна відповідає прізвища винахідника Дизеля.

Рудольф Дизель створив ДВС в 1897 році. Йому вдалося створити пристрій, де паливо займається від стиснення, а не від подачі іскри.

За інформацією з вікіпедії, в 1824 році Саді Карно придумав і сформулював ідею циклу Карно, суть якого полягала можливості доводити паливо до температури самозаймання різким стисненням.

Через 66 років, Рудольф Дизель в 1890 році запропонував реалізувати цю ідею на практиці. 23 лютого 1892 року одержав патент (дозвіл) на свій двигун, а в на наступний рік випустив брошуру по свого агрегату. Він запатентував кілька варіантів.

Успішне випробування дизель-мотора вдалося зробити тільки 28 січня 1987 року (до цього спроби були невдалими). Після цього Р. Дизеля почав продавати ліцензії на своє ізобретеніе.Хоть і ККД, і зручність використання нового двигуна було на високо рівні в порівнянні з паровими агрегатами, нові дизель-пристрої були великими за габаритами і важкими (вони були більше і важче парових машин тих часів).

 

Первісною задумкою було те, що паливом повинна була бути кам’яновугільна пил. Але після випробувань такого виду палива, виявилося, що кам’яновугільна пил дуже швидко зношує деталі двигуна через своїх абразивних властивостей і через золи, яка виходила в результаті згоряння цього пилу.

Далі, як паливо було використовувалося рослинне масло і легкі нафтопродукти. Саме на цих видах палива, випробування ДВС Дизеля пройшли успішно.

Інженер Екрой Стюард побудував в 1896 році працюючий двигун – напівдизелі. У цій варіанті конструкції ДВС було вирішено, щоб повітря втягувався в циліндр, після чого стискувався поршнем і нагнітався в кінці такту стиснення в ємність, в яку розпорошувалося паливо. Щоб запустити такий мотор, ємність нагрівалася лампою зовні і після запуску двигун працював сам. Екрой Стюард експериментував зі стисненням палива і повітря в циліндрі. Він хотів виключити свічки запалювання.

Основна відмінність бензинових моторів від дизельних двигунів в системі харчування.

Росіяни в винаходи не відставали. Незалежно від успіхів створення ДВС Дизелем, в 1989 році в Петербурзі на Путиловском заводі інженер Густав Трінклер придумав і створив перший в світі бескомпрессорний нафтової двигун високого тиску, тобто це був двигун з форкамерою (форкамера – це попередня камера згоряння, яка за обсягом становить 30″code-block code-block-3″ style=”margin: 8px 0; clear: both;”>

 

ТНВД працював з бескомпрессроной форсункою.

У 20-ті роки ХХ століття, Роберт Бош допрацював вбудований ТНВД. Цей пристрій використовується і в наші дні. Бош також удосконалив Безкомпресорні форсунку.

З 50-60 років 20 століття дизельний мотори успішно встановлюються на вантажні машини і автофургони.

З 70-х років через подорожчання бензинового палива, на дизельні мотори стали звертати увагу виробники легкових автомобілів.

В даний час, майже кожна марка авто має модифікацію з дизельним апаратом під своїм капотом.

Пристрій системи дизельного двигуна

Основними елементами диз мотора є:

  • циліндро-поршнева група (циліндри, поршні, шатуни);
  • паливні форсунки;
  • впускні і випускні клапана;
  • турбіна;
  • інтеркулер.

Сучасний дизельний двигун в розрізі

Принцип роботи дизельного мотора

Основна особливість дизельного ДВС в тому, що він займання паливно-повітряної суміші в камерах згоряння відбувається за рахунок стиснення й нагрівання. Розпилення диз палива здійснюється через форсунки.

Подача солярки здійснюється тільки в момент, при якому повітря максимально стиснутий і має максимальну температуру.

Коли повітря гарячий, дизельне паливо легко запалюється. Перед потраплянням палива в камери згоряння циліндрів ДВС, воно проходить очисні фільтри, які очищають від механічних домішок, які швидко завдали б шкоди всьому пристрою.

Порядок роботи дизельної системи:

    1. Повітря подається через впускний клапан при русі поршня вниз.
    2. Далі поршень піднімається вгору і стискає повітря в 20 разів. Тиск в цей момент становить 40 кілограм на 1 сантиметр. Температура повітря в цей момент досягає 500 градусів за Цельсієм.
    3. Коли повітря стиснутий і нагрітий, форсунки цього циліндра впорскують і розпилюють паливо.За рахунок дуже сильно нагрітого повітря дизпаливо запалюється. Такий спосіб роботи виключає присутність в системі свічок запалювання. Також в дизельних агрегатах відсутня система зажіганія.Процесс самозаймання солярки з повітрям від свічки розжарювання.

      Також, в пристрої немає дросельної заслінки, завдяки чому забезпечується великий крутний момент. Але, число оборотів в цей час знаходиться на низькому рівні.

      За один цикл роботи дизеля форсунки можуть подавати паливо кілька разів.

    4. При запаленні горючої суміші, вибухова хвиля штовхає поршень вниз. Поршень, який з’єднаний з коленвалом за допомогою шатуна і обертає колінвал.
    5. Далі, від нижньої мертвої точки (НМТ) поршень рухається вгору і виштовхує відпрацьовані гази через випускні клапана.Такой процес в роботі двигуна називають циклом.

Додаткові компоненти двигуна

Крім основних деталей, які обов’язково присутні в конструкції двигуна, є ще додаткові деталі і вузли, які покращують характеристики і роботу ДВС.

Принцип роботи турбіни

Турбіна – це пристрій, який створює додаткового нагнітання палива. Двигун з турбіною має велику продуктивність.

Ідея створення турбіни з’явилася при виявленні такого факту, що при русі поршня вгору, солярка не встигає повністю згоряти.

За допомогою турбіни, згоряння палива в циліндрах відбувається до кінця, за рахунок чого зменшується витрата палива і збільшується потужність ДВС.

 

Ви також можете насолодитися:

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *