Как работает дизельный двигатель

Традиционно дизельные двигатели всегда считались шумными, вонючими и маломощными двигателями, которые мало используются, кроме грузовиков, такси и фургонов. Но по мере того, как дизельные двигатели и органы управления их системой впрыска стали более совершенными, в 1980-х годах ситуация изменилась. В Великобритании в 1985 г. было продано почти 65 000 автомобилей с дизельным двигателем (около 3,5% от общего числа проданных автомобилей) по сравнению с 5380 в 1980 г.

Двигатель с воспламенением от сжатия

Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми двигателями является более низкая стоимость эксплуатации. Это отчасти является результатом более высокой эффективности дизельного двигателя с высокой степенью сжатия, а отчасти из-за более низкой цены на дизельное топливо, хотя разница в цене варьируется, поэтому преимущество эксплуатации дизельного автомобиля будет немного снижено, если вы живете в районе с высокой степенью сжатия. недорогое дизельное топливо. Интервалы обслуживания часто также больше, но многие дизельные модели требуют более частой замены масла, чем их бензиновые аналоги.

Повышение мощности

Основным недостатком дизельного автомобиля является более низкая производительность по сравнению с бензиновыми двигателями эквивалентной мощности. Одним из способов решения проблемы является простое увеличение размера двигателя, но это часто приводит к значительному увеличению веса. сделать их конкурентоспособными с точки зрения производительности; Rover, Mercedes, Audi и VW входят в число производителей, выпускающих турбодизели.

Как работают дизельные двигатели

Введение Сжатие Зажигание Выхлоп

Дизельный двигатель работает иначе, чем бензиновый двигатель, хотя они имеют общие основные компоненты и оба работают по четырехтактному циклу. Основные отличия заключаются в способе воспламенения топлива и способе регулирования выходной мощности.

В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры. В дизельном двигателе воспламенение достигается только за счет сжатия воздуха. Типичная степень сжатия для дизельного двигателя составляет 20:1, по сравнению с 9:1 для бензинового двигателя. Такое сильное сжатие нагревает воздух до температуры, достаточно высокой для самопроизвольного воспламенения топлива без искры и, следовательно, система зажигания.

Бензиновый двигатель всасывает различное количество воздуха за такт всасывания, точное количество зависит от открытия дроссельной заслонки. С другой стороны, дизельный двигатель всегда всасывает одинаковое количество воздуха (при каждой частоте вращения двигателя) через недроссельный впускной тракт, который открывается и закрывается только впускным клапаном (нет ни карбюратора, ни дроссельной заслонки). /Р>

Когда поршень достигает эффективного конца своего хода впуска, впускной клапан закрывается. Поршень, приводимый в движение силой других поршней и импульсом маховика, движется к верхней части цилиндра, сжимая воздух примерно до двадцатой части его первоначального объема.

Когда поршень достигает верхней точки своего хода, в камеру сгорания впрыскивается точно отмеренное количество дизельного топлива. Тепло от сжатия немедленно воспламеняет топливно-воздушную смесь, заставляя ее гореть и расширяться. Это толкает поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.

По мере того, как поршень движется вверх по цилиндру во время такта выпуска, выпускной клапан открывается и позволяет сгоревшим и расширенным газам проходить по выхлопной трубе. В конце такта выпуска цилиндр готов к свежему нагнетанию воздуха.

Конструкция двигателя

Основные компоненты дизельного двигателя выглядят так же, как и компоненты бензинового двигателя, и выполняют те же функции. Однако детали дизельных двигателей должны быть намного прочнее, чем их аналоги с бензиновыми двигателями, из-за гораздо более высоких нагрузок.

Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще, чем блок, предназначенный для бензинового двигателя, и они имеют больше ребер жесткости для обеспечения дополнительной прочности и поглощения нагрузок. Помимо большей прочности, сверхмощный блок также может более эффективно снижать уровень шума.

Поршни, шатуны, коленчатые валы и крышки подшипников должны быть более прочными, чем их аналоги для бензиновых двигателей. Конструкция головки блока цилиндров должна сильно отличаться из-за топливных форсунок, а также из-за формы ее камеры сгорания и вихревой камеры.

Инъекция

Прямой впрыск

Чтобы любой двигатель внутреннего сгорания работал плавно и эффективно, топливо и воздух должны быть правильно смешаны. Проблемы смешивания топлива и воздуха особенно серьезны в дизельном двигателе, где воздух и топливо подаются в разное время цикла и должны смешиваться внутри цилиндров.

Существует два основных подхода:непосредственный впрыск и непрямой впрыск. Традиционно использовался непрямой впрыск, потому что это самый простой способ создания турбулентности, благодаря которому впрыскиваемая топливная струя хорошо смешивается с сильно сжатым воздухом в камере сгорания.

В двигателе с непрямым впрыском имеется небольшая спиральная вихревая камера (также называемая камерой предварительного сгорания), в которую форсунка впрыскивает топливо до того, как оно достигнет самой основной камеры сгорания. Вихревая камера создает турбулентность топлива, благодаря чему оно лучше смешивается с воздухом в камере сгорания.

Недостатком этой системы является то, что вихревая камера фактически становится частью камеры сгорания. Это означает, что камера сгорания в целом имеет неправильную форму, что вызывает проблемы со сгоранием и снижает эффективность.

Прямой впрыск

Непрямое внедрение

Двигатель с непосредственным впрыском не имеет вихревой камеры, в которую впрыскивается топливо, вместо этого топливо поступает прямо в камеру сгорания. Инженеры должны уделять очень пристальное внимание конструкции камеры сгорания в днище поршня, чтобы она создавала достаточную турбулентность. .

Контроль скорости

Свечи накаливания

Дизельный двигатель не дросселируется, как бензиновый двигатель, поэтому количество всасываемого воздуха при любой конкретной частоте вращения двигателя всегда одинаково. Скорость двигателя регулируется только количеством топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания:чем больше топлива в камере, тем сильнее сгорание и вырабатывается больше мощности.

Педаль акселератора подключена к дозатору системы впрыска двигателя, а не к дроссельной заслонке, как в бензиновом двигателе.

Остановка дизеля по-прежнему требует выключения ключа «зажигания», но вместо того, чтобы отсекать искру, он закрывает электрический соленоид, перекрывающий подачу топлива на насос-форсунку узла дозирования и распределения топлива. небольшое количество топлива, прежде чем он остановится. На самом деле, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что гораздо более высокая степень сжатия оказывает большее замедляющее действие на двигатель.

Запуск дизеля

Как и бензиновые двигатели, дизельные двигатели запускаются при вращении электродвигателя, который запускает цикл воспламенения от сжатия. Однако в холодном состоянии дизельные двигатели трудно запустить просто потому, что сжатие воздуха не приводит к температуре, достаточно высокой для воспламенения топлива.

Чтобы обойти эту проблему, производители устанавливают свечи накаливания. Это небольшие электрические обогреватели, питающиеся от автомобильного аккумулятора, которые включаются за несколько секунд до попытки запуска двигателя.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Он немного менее очищен, в результате чего получается более тяжелая, более вязкая и менее летучая жидкость. Эти физические характеристики часто приводят к тому, что его называют «дизельным маслом» или «мазутом». На дизельных насосах во дворах гаражей его часто называют «дерв», сокращение от дизельных дорожных транспортных средств.

Дизельное топливо может начать слегка загустевать или даже затвердевать в очень холодную погоду. Это усугубляется тем, что он может поглощать очень небольшое количество воды, которая может замерзнуть. Все виды топлива поглощают небольшое количество воды из атмосферы, и утечка в подземные резервуары для хранения довольно распространена. Дизельное топливо может без проблем работать с содержанием воды до 50 или 60 частей на миллион — для сравнения, это около четверти кружки воды на каждые десять галлонов топлива.

Любое замерзание или «напыление» может заблокировать топливопроводы и форсунки и помешать запуску двигателя. Вот почему в очень холодную погоду иногда можно увидеть, как люди играют паяльной лампой на топливопроводах своего грузовика.