Конструкция
Принцип работы дизельного двигателя заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в механическую работу.
Способ приготовления и воспламенения топливной смеси – это то, чем отличается дизельный двигатель от бензинового. В камерах сгорания бензиновых моторов, приготовленная заранее топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью подаваемой свечой зажигания искры.
Особенность дизельного двигателя заключается в том, что смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания. Рабочий такт осуществляется путем впрыскивания под огромным давлением дозированной порции топлива. В конце такта сжатия реакция нагретого воздуха с дизтопливом приводит к воспламенению рабочей смеси.
Двухтактный дизельный двигатель имеет более узкую сферу применения.
Использование одноцилиндрового и многоцилиндрового дизелей такого типа имеет ряд конструктивных недостатков:
- неэффективную продувку цилиндров;
- повышенный расход масла при активном использовании;
- залегание поршневых колец в условиях высокотемпературной эксплуатации и прочие.
Двухтактный дизельный двигатель с противоположным размещением поршневой группы имеет высокую первоначальную стоимость и очень сложен в обслуживании. Установка такого агрегата целесообразна лишь на морских судах. В таких условиях, благодаря небольшим габаритам, малой массе и большей мощности при идентичных оборотах и рабочем объеме, двухтактный дизельный двигатель более предпочтителен.
Одноцилиндровый агрегат внутреннего сгорания широко применяется в домашнем хозяйстве в качестве электрогенератора, двигателя для мотоблоков и самоходных шасси.
Такой тип получения энергии налагает определённые условия на устройство дизельного двигателя. Он не нуждается в бензонасосе, свечах, катушке зажигания, высоковольтных проводах и прочих узлах, жизненно необходимых для нормальной работы бензинового ДВС.
В нагнетании и подачи дизтоплива участвуют: топливный насос высокого давления и форсунки. Для облегчения холодного пуска современные моторы используют свечи накала, которые предварительно подогревают воздух в камере сгорания. Во многих автомобилях в баке устанавливается вспомогательный насос. Задача топливного насоса низкого давления в том, чтобы прокачать топливо от бака к топливной аппаратуре.
проблемы с образцами дизельного цикла | пример дизельного цикла | пример проблемы дизельного цикла
Q1.С степенью сжатия 14 и отсечкой на 6%, какова будет эффективность дизельного цикла?
Ans =
r_k=\frac{v_1}{v_2}=14
v_3-v_2=0.06(v_1-v_2)
v_3-v_2=0.06(14v_2-v_2)
v_3-v_2=0.78v_2
v_3=1.78v_2
Коэффициент отсечки, r_c=\frac{v_3}{v_2}=1.78
\eta _{Дизель}=\ 1-\ \frac{1}{\gamma}\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}\ .\ \frac{{ r_c}^{\gamma}-1}{{r_c}-1}
\eta _{Дизель}=\ 1-\ \frac{1}{1.4}\ .\ \frac{1}{{14}^{\1.4 -1}}\ .\ \frac{{1.78 }^{1.4 }-1}{{1.78}-1}
\eta _{Diesel}=\ 1-0.248.\frac{1.24}{0.78}=0.605
\eta _{Дизель}=60.5%
Q2. Стандартный дизельный цикл со степенью сжатия 16 г. Тепло добавляется при постоянном давлении 0.1 МПа. Сжатие начинается при 15 градусах Цельсия и достигает 1480 градусов Цельсия в конце горения.
Найдите следующее:
1. Коэффициент отсечения
2. Добавленное тепло / кг воздуха.
3. КПД
4. Депутат Европарламента
Ans =
r_k=\frac{v_1}{v_2}=16
T1= 273 + 15 = 288 тыс.
p1= 0.1 МПа = 100 кН / м2
T3 = 1480 + 273 = 1735 тыс.
\frac{T_2}{T_1}= \left ( \frac{v_1}{v_2} \right )^{\gamma -1}=(16)^{0.4}=3.03
T_2= 288 х 3.03= 873К
\frac{p_2v_2}{T_2}=\frac{p_3v_3}{T_3}
(а) Коэффициент отсечения:r_c=\frac{v_3}{v_2}=\frac{T_3}{T_2}=\frac{1753}{273}=2.01
(b) Подача тепла:Q_1=Cp\ (T_3-T_2)
Q_1=1.005\ (1753-873)
Q_1=884.4 кДж/кг
\frac{T_3}{T_4}=\left ( \frac{v_4}{v_3} \right )^{\gamma -1}=\left ( \frac{v_1}{v_2}\times \frac{ v_2}{v_3} \right )^{\gamma -1}=\left ( \frac{16}{2.01} \right )^{0.4}=2.29
T_4=\frac{1753}{2.29}=766\ К
тепло отброшено,
Q_2=Cv\ (T_4-T_1)
Q_2=0.718\ (766-288)=343.2kJ/kg
(c) Эффективность цикла = 1-\фракция{Q_2}{Q_1}
\eta =1-\frac{343.2}{884.4}=0.612=61.2%
Также можно определить по:
\eta _{Дизель}=\ 1-\ \frac{1}{\gamma}\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}\ .\ \frac{{ r_c}^{\gamma}-1}{{r_c}-1}
\eta _{Дизель}=\ 1-\ \frac{1}{1.4}\ .\ \frac{1}{{16}^{1.4 -1}}\ .\ \frac{{2.01} ^{1.4}-1}{{2.01}-1}
\eta _{Diesel}=1-\frac{1}{1.4}.\frac{1}{3.03}.1.64
\эта _{Дизель}=0.612= 61.2%
W_{net}=Q_1\times \eta _{цикл}
W_{net}=884.4\times 0.612\times = 541.3 кДж/кг
v_1=\frac{RT_1}{p_1}=\frac{0.287\times 288}{100}=0.827m^{3}/kg
v_2=\frac{0.827}{16}=0.052\ m^3/kg
\therefore\ v_1-v_2=0.827-0.052=0.775\ m^3/kg
(d) среднее эффективное давление (MEP):
MEP=\frac{W_{net}}{v_1-v_2}=\frac{541.3}{0.775}=698.45 kPa
Дизельный двигатель, принцип работы
Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь. У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.
Принцип работы дизельного двигателя:
Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.
Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.
Типы дизельных двигателей:
Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.
Источник
Преимущества и недостатки.
Мощность КПД современных дизелей составляет 40-45 %, а некоторых образцов – 50%. Несомненным плюсом таких двигателей являются низкие требования к качеству топлива, что позволяет использовать не самые дорогие нефтяные продукты для работы механизма.
При использовании дизелей в автомобилях, такой двигатель дает высокий вращающийся момент, при низких оборотах самого механизма, что делает авто комфортным в движении. Благодаря этому данный тип движка и популярен в промышленных автомобилях, где ценится мощь механизма.
Дизельные двигатели имеют гораздо меньшую вероятность возгорания, благодаря нелетучему топливу, что делает их максимально безопасными при эксплуатации. Именно дизельные двигатели стали залогом для прогресса военной бронированной техники, делая ее максимально безопасной для экипажа.
Недостатков у дизеля также хватает, и заключаются они в топливе, которое имеет свойство застаиваться в зимнее время, и выводит механизм из строя. Плюс ко всему, дизельные двигатели делают слишком много вредных выбросов в атмосферу, что и стало причиной борьбы экологов с данным типом механизма. Само изготовление дизельного двигателя обходится производителям дороже, чем бензинового, что заметно отображается на бюджетных затратах производства.
Эти основные моменты и послужили причиной того, что количество дизельных двигателей в мировом машиностроительстве будет уменьшаться и, с большой долей вероятности, ограничится лишь промышленным автопромом, где дизель является незаменимым агрегатом. Но, именно дизель оставил глубокий след в процессе создания автопромышленности, как таковой, и всегда будет оставаться важнейшим прорывом в мировой автомобильной инженерии.
Принцип работы
Давайте наконец разберемся, как работает дизельный двигатель. Если говорить о четырехтактном варианте, то здесь можно наблюдать отдельную от цилиндра камеру сгорания, которая тем не менее связана с ним специальным каналом. Данный тип моторов, продвинули в массы намного раньше нежели модификацию с двумя тактами, в связи с тем, что они были тише и имели повышенный диапазон оборотов. Если следовать логике, то становится понятно, если 4 такта, то соответственно рабочий цикл состоит из 4 фаз, рассмотрим их.
Впуск – при повороте коленчатого вала в районе 0-180 градусов, воздух попадает в цилиндр сквозь впускной клапан, который открывается на 345-355 градусов. Одновременно с впускным открывается и выпускной клапан, при повороте коленвала на 10-15 градусов.
Сжатие – двигаясь вверх при 180-360 градусах, поршень сжимает воздух в 16-25 раз, в свою очередь в начале такта при 190-210 градусах, закрывается впускной клапан.
Рабочий ход – когда такт только начинается, топливо смешивается с горячим воздухом и воспламеняется, естественно происходит это все до достижения поршнем мертвой точки. При этом выделяются продукты сгорания, которые оказывают давление на поршень и тот двигается вниз
Обратите внимание, что давление газов постоянно, так сгорание топлива длится ровно столько же, сколько форсунка дизельного двигателя подает жидкость. Именно благодаря этому, развивается больший крутящий момент в сравнении с бензиновыми агрегатами
Осуществляется все это действие при 360-540 градусах.
Выпуск – когда коленчатый вал поворачивается на 540-720 градусов, поршень двигаясь вверх выдавливает выхлопные газы через открытый выпускной клапан.
Принцип работы двухтактного дизельного двигателя отличается более быстрыми фазами, единым процессом газообмена и непосредственным впрыском. Для тех, кто не в теме напомню: в таких конструкциях камера сгорания находится непосредственно в поршне, а топливо поступает в пространство над ним. Когда поршень движется вниз, продукты горения покидают цилиндр через выпускные клапана. Далее, отворяются впускные клапана и поступает свежий воздух. При движении поршня вверх, все клапана закрыты, в это время происходит сжатие. Топливо впрыскивается распылителями и начинается его воспламенение до достижения поршнем верхней мертвой точки.
Конец
Таким образом, после нескольких лет изнурительной борьбы Рудольф Дизель зашел в тупик. Надо было выдавать замуж дочь, но денег на приданое не было. 19 сентября 1913 года он сел на корабль, чтобы поехать в Англию, и исчез. Три дня спустя в Северном море в рыболовные сети попал труп, опознанный как Дизель.
Убийство? Вряд ли — нет мотивов. Самоубийство? Может быть. Причин предостаточно: полный финансовый крах, огромные неоплаченные обязательства. Тем не менее смерть Рудольфа Дизеля остается одной из самых больших загадок современного мира. Раскроет ли ее кто-либо, мы можем только гадать.
Может, вы возьметесь?
Дополнительные компоненты двигателя
В конструкции дизельного двигателя присутствуют и другие детали. Например, турбина. Многие моторы оснащаются турбонаддувом для увеличения мощности. Обычные же атмосферники не имеют такого устройства.
Давайте рассмотрим, что такое турбонадув и из чего он состоит.
Принцип работы турбины
Большое количество воздуха подается в цилиндры через турбонаддув. Также увеличивается подача горючего во время рабочего цикла. Все это позволяет увеличить мощность мотора.
Так как давление насоса в дизельном двигателе выше и постоянное, то это помогает избежать турбоям, которые часто присутствуют на бензиновом моторе. Которыми также часто недовольны владельцы бензиновых турбодвигателей.
Принцип работы турбины таков:
- Отработанные газы проходят через компрессор.
- Они постепенно раскручивают колесо турбины.
- Затем вращение турбинного колеса передается компрессорному. Так происходит потому, что они оба установлены на одном валу.
- Под действием вращения турбокомпрессор сжимает воздух. Затем последний поступает в интеркулер.
- Здесь он начинает охлаждаться. Потом поступает снова в цилиндры силового агрегата.
Таким образом работает турбинное устройство. Дизельный двигатель запускается даже при отрицательных температурах внешней среды. Свечи накаливания разогревают воздушную смесь до 900 градусов. Именно поэтому сквозь турбины в цилиндры могут поступать холодные воздушные массы.
Турбонаддув он же турбонагнетатель состоит из
Турбонаддув дизельных двигателей состоит из следующих компонентов:
- воздухозаборник;
- компрессор;
- клапан для регулировки отработанных газов;
- заслонка для дросселя;
- фильтрующее устройство;
- интеркулер для охлаждения воздушных масс;
- давления датчики;
- коллектор впуска;
- соединительные трубки.
В свою очередь в турбину входят элементы:
- подшипники, которые создают вращение ее;
- чехол на турбине;
- чехол на компрессоре;
- сталистая сетка.
Есть разные виды турбонаддувов и их особенности. Так, например, в турбине с изменяемой геометрией измененное сечение входного клапана регулирует поток отработанных газов. Два компрессора устанавливаются последовательно для того, чтобы за каждый режим работы отвечало одно из устройств, а не два за все или одно за все режимы работ.
Если же компрессоры в моторе установлены параллельно, то турбоямы становятся еле ощутимы. Механический и автоматический турбьонаддув, установленные вместе, способствуют увеличенную мощности. Например, первый включается при низких оборотах, а второй при высоких.
Цикл работы турбонаддува
Теперь вы знаете, что такое турбонаддув и как он работает. Давайте посмотрим, каков его цикл.
- Турбокомпрессор создает вакуум. Внутрь турбонаддува всасываются воздушные массы.
- Дальше в работу вступают роторы.
- Интеркулер охлаждает воздушные массы.
- Впускной коллектор пропускает через себя холодный воздух. Но перед тем, как он попадет в него, воздушные массы проходят очистку через воздушные фильтрующие устройства.
- Когда воздух будет набран до достаточного количества, клапан закроется.
- Уже отработанные воздушные массы проходят в турбину силового агрегата внутреннего сгорания и давят на ротор.
- Скорость вращения самой турбины и ее вала увеличивается до 1500 оборотов в секунду.
Таким образом за счет всех этих действий образовывается давление, которое и увеличивает мощность дизельного двигателя.
Интеркулер и форсунка
Интеркулер для двигателя на дизеле был создан, чтобы не подвергать каждодневному ремонту детали мотора. Детали двигателя при действии на них высоких температур подвергаются быстрому износу. Чтобы такого не происходило, были созданы интеркулера.
Топливо, подающееся через форсунки, правильно распределяется и в нужном количестве. Поэтому не происходит детонации при правильном расположении угла подачи.
Свечи зажигания и свечи накала
Использование свечей зажигания и накаливания зависит от химических свойств топлива. Свеча зажигания дает электродугу — искру, — от которой в цилиндрах загорается смесь бензина и воздуха.
Дизель не горит от открытого огня: его нужно смешать с воздухом, нагреть и сжать. Свеча накала разогревает топливо в момент впрыска. Воспламенение происходит самостоятельно, при сжатии; поджигать топливовоздушную смесь не требуется.
Резюмируем:
В бензиновом двигателе — свечи зажигания воспламеняют топливовоздушную смесь.
В дизельном — свечи накала нагревают воздух или топливо в момент впрыска, а при сжатии топливовоздушная смесь самовоспламеняется.
Правильная эксплуатация
Неправильная эксплуатация может погубить даже самый надежный мотор.
Продлить ресурс дизельного двигателя, и получать удовольствие от владения автомобилем вам поможет выполнение несложных правил:
- дизельные двигатели с турбонаддувом очень требовательны к качеству масла и топлива. Заливайте только то масло, которое соответствует требованиям, установленным для вашего ДВС. Заправляйтесь только на проверенных АЗС;
- проводите ТО топливной аппаратуры и системы предпускового подогрева в соответствии с заявленными производителем нормами. В этом случае у вас не возникнет проблем с запуском дизельного двигателя в холодное время года. Эксплуатация агрегата с неправильно работающей форсункой впоследствии может привести к дорогостоящему ремонту ДВС;
- после активных поездок турбина нуждается в охлаждении. Не глушите мотор сразу же. Дайте ему поработать некоторое время на холостых оборотах;
- избегайте запуска «с толкача». Такой способ оживления мотора может причинить большой вред кривошипно-шатунному механизму вашего ДВС.
Современные инновационные технологии и прогрессивный маркетинг позволяют людям выбирать из автомобилей, которые они могут себе позволить. Нам всё меньше приходится идти на компромисс и жертвовать отдельными параметрами. Особенно эта тенденция заметна в процессе эволюции дизельных автомобилей.
https://youtube.com/watch?v=iNPYfAR4b7k
Вынужденный отъезд
Всё закончилось в 1870 году с началом франко-прусской войны. Этническим немцам в Париже становится жить небезопасно. Теодор Дизель был вынужден оставить всё своё имущество, и вместе с женой и 12-летним сыном Рудольфом перебраться в Лондон. Немецкие войска на тот период полностью оккупировали столицу Франции. Столица Великой Британии неприветливо встретила новых жителей.
Семья Дизелей испытывала большую нужду. Работы не было, приходилось перебиваться случайными заказами на переплёт книг. Тогда, в 1871 году, семьёй было принято решение для продолжения учёбы отправить юного Рудольфа Дизеля в Аугсбург, к брату матери, профессору математики Кристофу Барнекелю.
Камера сгорания топливной смеси
Разные модели дизельных двигателей отличаются между собой строением. Одной из немаловажных особенностей является конструкция камеры сгорания. Камера сгорания – пространство, где происходит непосредственно сгорание топлива.
Неразделенная камера расположена в самой конструкции поршня или над ним, топливо на такте впуска попадает в нее, где и воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Это наиболее простой вариант, который, к тому же, снижает расход топлива, но сам двигатель при этом работает очень громко.
Другой вариант – разделенная камера, то есть камера, которая расположена не в цилиндре, а на входе к нему и связана с ними каналом. Топливо подается в камеру, где перемешивается с вихревым потоком воздуха, что лучше распределяет его капли по объему камеры сгорания и способствует полному его сгоранию. Такой вариант подходит для небольших установок и легковых автомобилей, но он значительно увеличивает расход топлива.
Исходя из конструкции поршня и камеры сгорания, различают разные способы смесеобразования в дизельных ДВС:
— объемное смесеобразование – самый простой вариант. Камера сгорания представляет собой пространство между поршнем, стенками и головкой цилиндров. Топливо впрыскивается под давлением через распылители форсунок
Здесь важно, чтобы капли топлива равномерно распределились по всему объему и тщательно перемешались с горячим воздухом, поэтому в камере сгорания должен быть организован вихреобразный поток топливного заряда, а само топливо должно подаваться под высоким давлением;
— объемно-пленочное смесеобразование используется в высокооборотных двигателях с небольшим диаметром цилиндров. Это как раз тот случай, когда камера сгорания частично размещена в конструкции поршня. В двигателях отечественного производства такие камеры имеют форму усеченного конуса. При впрыскивании заряда топливо попадает на поверхность камеры сгорания, образуя «пленку», после чего практически сразу испаряется. Вихревые потоки, образующиеся под воздействием перемещения поршня, дают возможность равномерно распределить капли топлива по всему объему;
— предкамерное смесеобразование предусматривает наличие предкамеры, расположенной в крышке цилиндров. Она соединяется с основной камерой сгорания небольшими каналами с диаметрами не более 1% от диаметра поршня. Объем предкамеры составляет до 30% общего объема камер. По форме она может быть овальной, цилиндрической или сферической;
— вихрекамерное смесеобразование происходит за счет вихревых потоков воздуха, что дает возможность максимально смешать топливный заряд с воздухом даже при невысоком давлении его подачи в камеру сгорания. Для такого смесеобразования необходима раздельная камера, состоящая из двух частей: вихревой и основной. На такте сжатия воздух из основной камеры вытесняется в вихревую, которая имеет сферическую или цилиндрическую форму. Поток воздуха создает вихревые движения, двигаясь по кругу, а в это время из форсунки под давлением до 12 МПа подается заряд топлива. Поскольку воздушная волна находится в движении, капли равномерно распределяются по всему ее объему.
