Τι είναι το ντίζελ; Η αρχή της λειτουργίας, η συσκευή και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του κινητήρα ντίζελ

2024 Συγγραφέας: Erin Ralphs | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-19 14:00

Οι κινητήρες ντίζελ είναι πολύ συνηθισμένοι στα επιβατικά αυτοκίνητα. Πολλά μοντέλα έχουν τουλάχιστον μία επιλογή στη γκάμα κινητήρων. Και αυτό χωρίς να λαμβάνονται υπόψη φορτηγά, λεωφορεία και εξοπλισμός κατασκευής, όπου χρησιμοποιούνται παντού. Στη συνέχεια, εξετάζουμε τι είναι ένας κινητήρας ντίζελ, σχεδιασμός, αρχή λειτουργίας, χαρακτηριστικά.

Ορισμός

Αυτή η μονάδα είναι ένας παλινδρομικός κινητήρας εσωτερικής καύσης, η λειτουργία του οποίου βασίζεται στην αυτανάφλεξη εξατμισμένου καυσίμου από θέρμανση ή συμπίεση.

Λειτουργίες σχεδίασης

Ένας βενζινοκινητήρας έχει τα ίδια δομικά στοιχεία με έναν κινητήρα ντίζελ. Το σχήμα λειτουργίας στο σύνολό του είναι επίσης παρόμοιο. Η διαφορά έγκειται στις διαδικασίες σχηματισμού του μείγματος αέρα-καυσίμου και στην καύση του. Επιπλέον, οι κινητήρες ντίζελ είναι πιο ανθεκτικά μέρη. Αυτό οφείλεται στη διπλάσια αναλογία συμπίεσης των βενζινοκινητήρων (19-24 έναντι 9-11).

Ταξινόμηση

Σύμφωνα με τη σχεδίαση του θαλάμου καύσης, οι κινητήρες ντίζελ χωρίζονται σε επιλογές με ξεχωριστό θάλαμο καύσης και με άμεσο ψεκασμό.

Στο πρώτοΣε αυτή την περίπτωση, ο θάλαμος καύσης διαχωρίζεται από τον κύλινδρο και συνδέεται με αυτόν με ένα κανάλι. Όταν συμπιέζεται, ο αέρας που εισέρχεται στον θάλαμο τύπου vortex συστρέφεται, γεγονός που βελτιώνει το σχηματισμό μείγματος και την αυτανάφλεξη, η οποία ξεκινά από εκεί και συνεχίζει στον κύριο θάλαμο. Οι κινητήρες ντίζελ αυτού του τύπου ήταν προηγουμένως διαδεδομένοι στα επιβατικά αυτοκίνητα λόγω του γεγονότος ότι διακρίνονταν από χαμηλότερο επίπεδο θορύβου και μεγάλο εύρος στροφών από τις επιλογές που αναφέρονται παρακάτω.

Στους κινητήρες ντίζελ με άμεσο ψεκασμό, ο θάλαμος καύσης βρίσκεται στο έμβολο και το καύσιμο τροφοδοτείται στον χώρο του υπερεμβόλου. Αυτός ο σχεδιασμός χρησιμοποιήθηκε αρχικά σε κινητήρες χαμηλής ταχύτητας μεγάλου όγκου. Διακρίνονταν από υψηλό επίπεδο θορύβου και κραδασμών και χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Αργότερα, με την εμφάνιση των ηλεκτρονικά ελεγχόμενων αντλιών καυσίμου υψηλής πίεσης και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας καύσης, οι σχεδιαστές πέτυχαν σταθερή λειτουργία σε εύρος έως και 4500 rpm. Επιπλέον, αυξημένη απόδοση, μειωμένα επίπεδα θορύβου και κραδασμών. Μεταξύ των μέτρων για τη μείωση της ακαμψίας της εργασίας είναι μια προέγχυση πολλαπλών σταδίων. Χάρη σε αυτό, οι κινητήρες αυτού του τύπου έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένοι τις τελευταίες δύο δεκαετίες.

Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας, οι κινητήρες ντίζελ χωρίζονται σε τετράχρονους και δίχρονους, καθώς και σε βενζινοκινητήρες. Τα χαρακτηριστικά τους αναλύονται παρακάτω.

Αρχή λειτουργίας

Για να κατανοήσουμε τι είναι ένας κινητήρας ντίζελ και τι καθορίζει τα λειτουργικά του χαρακτηριστικά, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε την αρχή λειτουργίας. Η παραπάνω ταξινόμηση των κινητήρων εσωτερικής καύσης με έμβολο βασίζεται στον αριθμό των διαδρομών που περιλαμβάνονται στον κύκλο λειτουργίας, οι οποίες διακρίνονται από το μέγεθος της γωνίας περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα.

Επομένως, ο κύκλος λειτουργίας των τετράχρονων κινητήρων περιλαμβάνει 4 φάσεις.

• Λήψη. Εμφανίζεται όταν ο στροφαλοφόρος άξονας περιστρέφεται από 0 έως 180°. Σε αυτή την περίπτωση, ο αέρας διέρχεται στον κύλινδρο μέσω της βαλβίδας εισαγωγής ανοιχτή στους 345-355 °. Ταυτόχρονα, κατά την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα κατά 10-15 °, ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής, η οποία ονομάζεται επικάλυψη.
• συμπίεση. Το έμβολο που κινείται προς τα πάνω στις 180-360° συμπιέζει τον αέρα 16-25 φορές (αναλογία συμπίεσης) και η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει στην αρχή της διαδρομής (στις 190-210°).
• Εργασιακή διαδρομή, επέκταση. Εμφανίζεται στους 360-540°. Στην αρχή της διαδρομής, μέχρι το έμβολο να φτάσει στο πάνω νεκρό σημείο, το καύσιμο εγχέεται στον ζεστό αέρα και αναφλέγεται. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό των κινητήρων ντίζελ που τους διακρίνει από τους βενζινοκινητήρες, όπου εμφανίζεται πρόοδος ανάφλεξης. Τα προκύπτοντα προϊόντα καύσης σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Στην περίπτωση αυτή, ο χρόνος καύσης του καυσίμου είναι ίσος με τον χρόνο παροχής του από το ακροφύσιο και δεν διαρκεί περισσότερο από τη διάρκεια της διαδρομής εργασίας. Δηλαδή, κατά τη διαδικασία εργασίας, η πίεση του αερίου είναι σταθερή, με αποτέλεσμα οι κινητήρες ντίζελ να αναπτύσσουν περισσότερη ροπή. Επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό τέτοιων κινητήρων είναι η ανάγκη παροχής περίσσειας αέρα στον κύλινδρο, καθώς η φλόγα καταλαμβάνει ένα μικρό μέρος του θαλάμου καύσης. Δηλαδή, η αναλογία του μείγματος αέρα-καυσίμου είναι διαφορετική.
• Απελευθέρωση. Στις 540-720° περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα, η βαλβίδα εξαγωγής είναι ανοιχτή και το έμβολο κινείται προς τα πάνω για να εκτοπίσει τα καυσαέρια.

Ο δίχρονος κύκλος χαρακτηρίζεται από συντομευμένες φάσεις και μια ενιαία διαδικασία ανταλλαγής αερίων στον κύλινδρο (εκκένωση) που συμβαίνει μεταξύ του τέλους της διαδρομής και της έναρξης της συμπίεσης. Όταν το έμβολο κινείται προς τα κάτω, τα προϊόντα της καύσης απομακρύνονται μέσω των βαλβίδων εξαγωγής ή των παραθύρων (στο τοίχωμα του κυλίνδρου). Αργότερα, τα παράθυρα εισόδου ανοίγουν για να μπει καθαρός αέρας. Καθώς το έμβολο ανεβαίνει, όλα τα παράθυρα κλείνουν και αρχίζει η συμπίεση. Λίγο πριν φτάσει το TDC, το καύσιμο ψεκάζεται και αναφλέγεται, αρχίζει η διαστολή.

Λόγω της δυσκολίας καθαρισμού του θαλάμου στροβιλισμού, οι δίχρονοι κινητήρες διατίθενται μόνο με άμεσο ψεκασμό.

Η απόδοση τέτοιων κινητήρων είναι 1,6-1,7 φορές υψηλότερη από την απόδοση ενός τετράχρονου κινητήρα ντίζελ. Η ανάπτυξή του παρέχεται από τη διπλάσια συχνότητα εκτέλεσης εγκεφαλικών επεισοδίων, αλλά μειώνεται εν μέρει λόγω του μικρότερου μεγέθους και του φυσήματος τους. Λόγω του διπλάσιου αριθμού κτυπημάτων, ο δίχρονος κύκλος είναι ιδιαίτερα σημαντικός εάν είναι αδύνατο να αυξηθεί η ταχύτητα.

Το κύριο πρόβλημα με αυτούς τους κινητήρες είναι ο καθαρισμός λόγω της μικρής διάρκειάς του, η οποία δεν μπορεί να αντισταθμιστεί χωρίς να μειωθεί η απόδοση με τη μείωση της διαδρομής. Επιπλέον, είναι αδύνατο να διαχωριστεί η εξάτμιση και ο καθαρός αέρας, λόγω του οποίου μέρος του τελευταίου αφαιρείται με τα καυσαέρια. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με την παροχή προηγμένων παραθύρων εξάτμισης. Σε αυτήν την περίπτωση, τα αέρια αρχίζουν να αφαιρούνται πριν από τον καθαρισμό και αφού κλείσει η έξοδος, ο κύλινδρος συμπληρώνεται με καθαρό αέρα.

Εξάλλου, πότεχρησιμοποιώντας έναν κύλινδρο, υπάρχουν δυσκολίες με το συγχρονισμό του ανοίγματος / κλεισίματος των παραθύρων, επομένως υπάρχουν κινητήρες (PDP) στους οποίους κάθε κύλινδρος έχει δύο έμβολα που κινούνται στο ίδιο επίπεδο. Το ένα ελέγχει την εισαγωγή, το άλλο ελέγχει την εξάτμιση.

Σύμφωνα με τον μηχανισμό υλοποίησης, το purge χωρίζεται σε σχισμή (παράθυρο) και βαλβίδα-σχισμή. Στην πρώτη περίπτωση, τα παράθυρα χρησιμεύουν ως ανοίγματα εισόδου και εξόδου. Η δεύτερη επιλογή περιλαμβάνει τη χρήση τους ως θυρίδες εισαγωγής και η βαλβίδα στην κυλινδροκεφαλή χρησιμεύει ως έξοδος.

Συνήθως τα δίχρονα ντίζελ χρησιμοποιούνται σε βαρέα οχήματα όπως πλοία, ατμομηχανές ντίζελ, τανκ.

Σύστημα καυσίμου

Ο εξοπλισμός καυσίμου των κινητήρων ντίζελ είναι πολύ πιο περίπλοκος από αυτόν των βενζινοκινητήρων. Αυτό οφείλεται στις υψηλές απαιτήσεις για την ακρίβεια τροφοδοσίας καυσίμου από άποψη χρόνου, ποσότητας και πίεσης. Τα κύρια εξαρτήματα του συστήματος καυσίμου - αντλία ψεκασμού, μπεκ ψεκασμού, φίλτρο.

Σύστημα παροχής καυσίμου ελεγχόμενο από υπολογιστή (Common-Rail) χρησιμοποιείται ευρέως. Το πετάει σε δύο βολές. Το πρώτο από αυτά είναι μικρό, χρησιμεύει για την αύξηση της θερμοκρασίας στο θάλαμο καύσης (προ-έγχυση), που μειώνει τον θόρυβο και τους κραδασμούς. Επιπλέον, αυτό το σύστημα αυξάνει τη ροπή στις χαμηλές ταχύτητες κατά 25%, μειώνει την κατανάλωση καυσίμου κατά 20% και την περιεκτικότητα σε αιθάλη στα καυσαέρια.

Στροβιλοσυμπίεση

Οι τουρμπίνες χρησιμοποιούνται ευρέως σε κινητήρες ντίζελ. Αυτό οφείλεται στην υψηλότερη (1,5-2) φορές την πίεση των καυσαερίων, η οποίαπεριστρέψτε τον στρόβιλο, το οποίο αποφεύγει την καθυστέρηση του στροβίλου παρέχοντας ώθηση από χαμηλότερες στροφές.

Ψυχρή εκκίνηση

Μπορείτε να βρείτε πολλές κριτικές ότι το ντίζελ δεν ξεκινά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η δυσκολία εκκίνησης τέτοιων κινητήρων σε ψυχρές συνθήκες οφείλεται στο γεγονός ότι αυτό απαιτεί περισσότερη ενέργεια. Για να διευκολυνθεί η διαδικασία, είναι εξοπλισμένα με προθερμαντήρα. Αυτή η συσκευή αντιπροσωπεύεται από προθερμαντήρες που τοποθετούνται στους θαλάμους καύσης, οι οποίοι, όταν ανάβει η ανάφλεξη, θερμαίνουν τον αέρα σε αυτούς και λειτουργούν για άλλα 15-25 δευτερόλεπτα μετά την εκκίνηση για να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα του κρύου κινητήρα. Χάρη σε αυτό, οι κινητήρες ντίζελ ξεκινούν σε θερμοκρασίες -30 … -25 ° C.

Λειτουργίες υπηρεσίας

Για να εξασφαλίσετε ανθεκτικότητα στη λειτουργία, πρέπει να γνωρίζετε τι είναι ένας κινητήρας ντίζελ και πώς να τον συντηρήσετε. Ο σχετικά χαμηλός επιπολασμός των υπό εξέταση κινητήρων σε σύγκριση με τους βενζινοκινητήρες εξηγείται, μεταξύ άλλων, από πιο σύνθετη συντήρηση.

Καταρχάς, αυτό αφορά το σύστημα καυσίμου υψηλής πολυπλοκότητας. Εξαιτίας αυτού, οι κινητήρες ντίζελ είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι στην περιεκτικότητα του καυσίμου σε νερό και μηχανικά σωματίδια και η επισκευή του είναι πιο ακριβή, όπως και ο κινητήρας στο σύνολό του, σε σύγκριση με τη βενζίνη του ίδιου επιπέδου.

Στην περίπτωση μιας τουρμπίνας, οι απαιτήσεις για την ποιότητα του λαδιού κινητήρα είναι επίσης υψηλές. Ο πόρος του είναι συνήθως 150 χιλιάδες χιλιόμετρα και το κόστος είναι υψηλό.

Σε κάθε περίπτωση, οι κινητήρες ντίζελ θα πρέπει να αλλάζουν λάδι πιο συχνά από τους βενζινοκινητήρες (2 φορές σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα).

Όπως ήτανσημείωσε ότι αυτοί οι κινητήρες έχουν προβλήματα ψυχρής εκκίνησης όταν το ντίζελ δεν ξεκινά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό προκαλείται από τη χρήση λανθασμένου καυσίμου (ανάλογα με την εποχή, χρησιμοποιούνται διαφορετικές ποιότητες σε τέτοιους κινητήρες, καθώς το καλοκαίρι παγώνει σε χαμηλές θερμοκρασίες).

Απόδοση

Επιπλέον, σε πολλούς ανθρώπους δεν αρέσουν οι ιδιότητες των κινητήρων ντίζελ όπως χαμηλότερη ισχύς και εύρος στροφών λειτουργίας, υψηλότερα επίπεδα θορύβου και κραδασμών.

Ένας βενζινοκινητήρας συνήθως υπερέχει από έναν παρόμοιο κινητήρα ντίζελ όσον αφορά την απόδοση, συμπεριλαμβανομένης της χωρητικότητας λίτρων. Ο κινητήρας του εν λόγω τύπου έχει ταυτόχρονα υψηλότερη και ομοιόμορφη καμπύλη ροπής. Ένας υψηλότερος λόγος συμπίεσης, ο οποίος παρέχει περισσότερη ροπή, αναγκάζει τη χρήση ισχυρότερων εξαρτημάτων. Δεδομένου ότι είναι πιο βαριά, η ισχύς μειώνεται. Επιπλέον, αυτό επηρεάζει τη μάζα του κινητήρα, άρα και το αυτοκίνητο.

Το μικρό εύρος στροφών λειτουργίας οφείλεται στη μεγαλύτερη ανάφλεξη του καυσίμου, με αποτέλεσμα να μην προλαβαίνει να καεί στις υψηλές ταχύτητες.

Αυξημένα επίπεδα θορύβου και κραδασμών προκαλούν απότομη αύξηση της πίεσης στον κύλινδρο κατά την ανάφλεξη.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των κινητήρων ντίζελ θεωρούνται η υψηλότερη πρόσφυση, η απόδοση και η φιλικότητα προς το περιβάλλον.

Η έλξη, δηλαδή η υψηλή ροπή σε χαμηλές ταχύτητες, εξηγείται από την καύση του καυσίμου καθώς ψεκάζεται. Αυτό παρέχει μεγαλύτερη απόκριση και διευκολύνει την αποτελεσματική χρήση της ενέργειας.

Η οικονομία οδηγείται και από τα δύοχαμηλή κατανάλωση και το γεγονός ότι το καύσιμο ντίζελ είναι φθηνότερο. Επιπλέον, είναι δυνατή η χρήση βαρέων λιπαντικών χαμηλής ποιότητας λόγω της απουσίας αυστηρών απαιτήσεων για πτητότητα. Και όσο πιο βαρύ είναι το καύσιμο, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του κινητήρα. Τέλος, οι ντίζελ λειτουργούν με άπαχα μείγματα σε σύγκριση με τους βενζινοκινητήρες και με υψηλή αναλογία συμπίεσης. Το τελευταίο παρέχει λιγότερη απώλεια θερμότητας με τα καυσαέρια, δηλαδή μεγαλύτερη απόδοση. Όλα αυτά τα μέτρα μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου. Το ντίζελ, χάρη σε αυτό, το ξοδεύει 30-40% λιγότερο.

Η φιλικότητα προς το περιβάλλον των κινητήρων ντίζελ εξηγείται από το γεγονός ότι τα καυσαέρια τους έχουν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση εξελιγμένων συστημάτων καθαρισμού, χάρη στα οποία ο βενζινοκινητήρας πληροί πλέον τα ίδια περιβαλλοντικά πρότυπα με έναν κινητήρα ντίζελ. Αυτός ο τύπος κινητήρα ήταν προηγουμένως σημαντικά κατώτερος από τη βενζίνη από αυτή την άποψη.

Αίτηση

Όπως είναι σαφές από το τι είναι ένας κινητήρας ντίζελ και ποια είναι τα χαρακτηριστικά του, τέτοιοι κινητήρες είναι πιο κατάλληλοι για περιπτώσεις όπου απαιτείται υψηλή πρόσφυση στις χαμηλές στροφές. Ως εκ τούτου, είναι εξοπλισμένα με όλα σχεδόν τα λεωφορεία, φορτηγά και εξοπλισμό κατασκευής. Όσον αφορά τα ιδιωτικά οχήματα, μεταξύ αυτών οι παράμετροι είναι πιο σημαντικές για τα SUV. Λόγω της υψηλής απόδοσης, τα αστικά μοντέλα είναι επίσης εξοπλισμένα με αυτούς τους κινητήρες. Επιπλέον, είναι πιο βολικό στη διαχείριση σε τέτοιες συνθήκες. Οι δοκιμαστικές μονάδες ντίζελ το μαρτυρούν αυτό.