Особенности дизельного двигателя: Особенности работы дизельных двигателей

Содержание

Особенности работы дизельных двигателей

17.11.2014 / 25.04.2018 • 3561 / 774

На первоначальном этапе необходимо разобраться в принципиальных отличиях работы дизельного двигателя от бензинового.

Принципы сгорания в дизельном двигателе

Дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Поскольку такие двигатели втягивают воздух, то он сжимается в двигателе до уровня, который существенно выше, чем в двигателях с воспламенением от искры, в которых используется топливовоздушная смесь. Вдобавок ко всему, двигатели с воспламенением от искры очень чувствительны к детонации. С точки зрения коэффициента полезного действия (КПД) дизельный двигатель является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания. Низкооборотные двигатели большего рабочего объема могут иметь КПД в 50% и выше. В результате этого дизельные автомобили имеют низкий расход топлива и низкий уровень вредных выбросов в выхлопных газах, что можно отнести к преимуществу дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми.

В дизельном двигателе может использоваться четырех- или двухтактный цикл. В автомобильных двигателях практически всегда используется четырехтактный цикл.

Рабочий цикл

При первом такте движения поршня вниз втягивает воздух через открытый впускной клапан. При втором такте, так называемом сжатии, воздух, втянутый в цилиндр, сжимается поршнем, который движется вверх. Степень сжатия составляет от 14:1 до 24:1. При этом процессе воздух разогревается до температуры 8000С. В конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо в нагретый воздух при давлении до 1500 кгс/см ². К началу третьего такта ( рабочего хода ) мелко распыленное топливо самовоспламеняется и на протяжении всего такта сгорает в цилиндре почти полностью. Высвобождаемая при этом энергия давит на поршень. Поршень снова движется вниз, преобразуя химическую энергию в механическую работу. Во время четвертого такта ( выпуска ) отработавшие газы вытесняются движущимся вверх поршнем через открытый выпускной клапан.

После этого двигатель снова начинает всасывать воздух для нового рабочего цикла.

Камеры сгорания и турбонаддув

В дизельных двигателях используются разделенные и неразделенные камеры сгорания ( соответственно двигатели с предкамерами и непосредственным впрыском). Двигатели с непосредственным впрыском являются более эффективным, более экономичным, чем их аналоги с предкамерами. Исходя из этих соображений двигатели с непосредственным впрыском используются в грузопассажирских и грузовых автомобилях. С другой стороны, из-за более низкого уровня шума двигатели с предкамерами устанавливаются на легковых автомобилях. Вдобавок к этому, двигатель с предкамерой имеет более низкий уровень вредных выбросов выхлопных газах ( НС и NO _х

) и более дешев в производстве.

По сравнению с двигателем с воспламенением от электрической искры ( бензиновым двигателем ), оба типа дизельных двигателей являются более экономичными, особенно в диапазоне частичных нагрузок. Дизельные двигатели являются подходящими для использования турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов или механического наддува. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) на дизельных двигателях увеличивает не только отдачу мощности и КПД двигателя, но так же уменьшают содержание вредных примесей в выхлопных газах.

В целом камеры сгорания дизельного двигателя можно разделить на несколько типов:

Системы с предкамерой: В системе с предкамерой используемой для легковых автомобилей, топливо впрыскивается в горячую предкамеру (дополнительную камеру ). Здесь начинается дополнительное воспламенение, чтобы достичь образования качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения основного процесса сгорания.

Система с вихревой предкамерой: В этой системе используемой в дизельных двигателях легковых автомобилей, сгорание также начинается в дополнительной камере. В процессе сгорания используется дополнительная камера сгорания в форме шара или диска ( вихревая камера ) с поверхностью горловины (выреза), расположенной тангенциально в основной камере сгорания.
Система с непосредственным впрыском: В системах с непосредственным впрыском, используемых главным образом в грузовых автомобилях и в стационарных дизельных двигателях всех размеров, образование смеси обходится без дополнительной вихревой камеры. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания над поршнем.
Система непосредственного смешивания топлива с рапылением по стенкам ( М-система): В этой системе впрыска для стационарных дизельных двигателей теплосодержание ( теплоемкость ) стенок углубления в поршне используется для испарения топлива, и топливавоздушная смесь образуется с помощью управления воздухом для сжатия.

Выхлопные газы дизельных двигателей

При сгорании дизельного топлива образуются различные вещества. Их состав зависит от конструкции двигателя, его мощности и нагрузки.

Полное сгорание топлива приводит к существенному уменьшению концентрации вредных веществ. Полное сгорание обеспечивается точным поддержанием состава топливовоздушной смеси, абсолютной точностью процесса впрыска и оптимальным завихрением топливовоздушной смеси. Главным образом образуется вода (Н ₂О), безвредная двуокись углерода (СО_{₂) и в относительно низкой концентрации следующие соединения: окись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (НС или СН), окислы азота (NO}

x), окись серы (SO₂) и серная кислота (Н₂SО₄), частички сажи. Когда двигатель холодный, то состав выхлопных газов включает в себя неокисленные или окисленные лишь частично углеводороды, которые видны как белый или голубой дым с характерным запахом. На уменьшение расхода топлива и сокращение вредных выбросов влияют следующие параметры:

Точная установка момента ( начала ) впрыска
Точность при изготовлении форсунок
Топливный насос высокого давления ( ТНВД ) с точной дозировкой топлива
Модифицированные камеры сгорания
Точная геометрия факела распыленного топлива и увеличения давления впрыска

Эксплуатация дизельного двигателя

Дизельные силовые агрегаты представляют собой принципиально иную конструкцию, нежели их бензиновые аналоги. Ключевое различие заключается в технологии приготовления и воспламенения горючего. Образование смеси производится в камере сгорания, а такт работы заключается во впрыскивании дозированной порции под огромным давлением, после чего она возгорается при контакте с разогретым воздухом. Такая технология позволяет избавиться от бензонасоса, свечей зажигания, высоковольтных проводов и остальных элементов, необходимых для бензиновых моторов.

Преимущества

Силовые агрегаты на дизельном топливе характеризуются рядом общих преимуществ.

Экономичность. КПД таких моторов составляет 40% и может достигать 50% при наличии системы наддува.

Мощность. При эксплуатации дизельных двигателей с турбиной не наблюдается классической ярко выраженной турбоямы, а весь крутящий момент становится доступен практически с самых низких оборотов.
Надежность. Пробег дизельных силовых агрегатов составляет до 700 000 км.
Экологичность. Использование технологии EGR и значительно меньший объем СО в выхлопных газах позволяют существенно снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Заправка

Одной из особенностей эксплуатации дизельных двигателей любого типа является придирчивое внимание к качеству топлива. Специалисты советуют проверять самостоятельно даже горючее с брендовых заправок.

Главный враг дизельной установки — это наличие воды в смеси, которая способна спровоцировать коррозию в топливной аппаратуре. Во избежание этого рекомендуется не заправлять горючее сразу в бак, а набрать его в канистры и дать отстояться, чтобы возможный осадок и примеси успели опуститься на дно.

Простым способом проверить смесь на наличие воды является добавление кристаллов марганцовки в пробную порцию, набранную в прозрачную посуду. При наличии воды вокруг них сразу же образуются окрашенные разводы.

Еще одним важным критерием является абсолютная прозрачность смеси. Любое помутнение, особенно — в зимний период, может означать начальную стадию кристаллизации парафина, легко забивающего топливные фильтры.

Обслуживание

Специфика эксплуатации дизельных двигателей подразумевает скрупулезное выполнение всех требований производителя, любое нарушение которых в итоге может привести к необходимости дорогостоящего ремонта. К числу рекомендаций, общих для всех силовых установок данного типа, относятся:

Своевременная замена и контроль качества масла.
Специалисты советуют проводить данную процедуру даже чаще прописанного в мануале межсервисного интервала. Эта рекомендация связана с нестабильными характеристиками сернистости российского дизтоплива. В качестве условного интервала можно ориентироваться на пробег в 7000км ?7500 км.
Своевременная замена ремня ГРМ. В этом случае рекомендуется руководствоваться тем же принципом, что и при замене масла. У многих моторов допустимый пробег ремня достигает 100000 км, однако необходимо учитывать, что речь идет о практически стерильных условиях, принципиально недостижимых на отечественных дорогах. Обрыв износившегося раньше срока ремня всегда означает разрушение головки блока, ремонт или замена которой обходятся в значительную сумму.
Контроль чистоты топливной системы. Замену фильтра рекомендуется проводить не реже чем в 10 000 км, а из самого фильтра — регулярно сливать накапливающийся в отстойнике осадок. Топливный бак желательно промывать дважды в год, снимая его с автомобиля. Несоблюдение этих требований может привести к выходу из строя форсунок и топливного насоса.

Особенности езды

Прогрев и остановка мотора. Вопрос езды «на холодную» является дискуссионным. Эксплуатация дизельных двигателей допускает такую возможность, однако стоит учитывать, что тепловые зазоры в этот момент увеличены, а охладившееся масло, наоборот, частично утрачивает смазывающие свойства, что в сочетании приводит к повышенному износу деталей. Оптимальным решением будет движение на скорости до 40 км/ч при включенной 3 или 2 передаче. Глушить не турбированный двигатель можно сразу же, а мотору, снабженному системой наддува, необходимо предоставить возможность поработать без нагрузки, чтобы подшипники успели остыть и не покрылись лаковой пленкой.

Оптимальные обороты. Силовые агрегаты данного типа относятся к низкооборотистым. Привычка «крутить» мотор выше 3 500 об/мин — 4 000 об/мин приводит к ускорению износа цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Оптимальным диапазоном для таких двигателей является, в зависимости от модели, промежуток от 1600 об/мин до 3200 об/мин.

Специфика воздушного фильтра. Дизельные агрегаты не снабжаются дросселированием на впуске, что в сочетании с малым объемом камеры сгорания и высокими втягивающими свойствами провоцирует гидроудар при попадании в фильтр даже минимального количества воды.

Отказ от запуска «с тяги». Корректно работающий силовой агрегат штатно заводится при температуре окружающей среды до ?20°С. При затрудненном запуске категорически запрещается пытаться «дернуть» автомобиль, так как при этом может пострадать привод ГРМ. Кроме того, несовпадение температурного допуска горючего и температуры за бортом приводит к кристаллизации парафина и утрате топливом требуемой текучести. В таком случае попытка завести мотор на буксире приведет к сухому трению и повреждению деталей силового агрегата.

Эксплуатация зимой

Эксплуатация дизельных двигателей на холоде усложняется необходимостью использовать соответствующее топливо при понижении температуры до 20°С и более («зимнее» и «арктическое» соответственно). Особого внимания при этом требует состояние форсунок и ТНВД. В это время специалисты советуют оставлять автомобиль на ночь в теплом гараже, чтобы избежать кристаллизации парафинов в горючей смеси. В случае эксплуатации дизельного двигателя, оснащенного турбиной, весьма пригодится наличие турботаймера, который позволит выдерживать необходимые для прогрева и остывания интервалы.

Советы по ремонту

Попытка сэкономить на запчастях или обслуживании при эксплуатации дизельного двигателя может привести к необходимости его дорогостоящего ремонта. В силу значительных нагрузок к качеству комплектующих данного типа силовых установок предъявляются жесткие требования.

Использование дешевых свечей, цепей и иных комплектующих может превратиться в бессмысленную трату денег, так как детали будут выходить из строя в кратчайшие сроки.

Аналогичный принцип актуален и для самого сервиса, в котором проводятся ремонтные работы. Привлечение неквалифицированных механиков может закончиться потерей времени, денег и даже новыми повреждениями мотора.

Ремонт дизелей требует строгого соблюдения регламента работ и наличия профессиональных знаний и оборудования у исполнителей.

Современные дизельные двигатели зарекомендовали себя с положительной стороны, однако сложная конструкция и требовательность таких моделей требует квалифицированного сервисного обслуживания.

Дизельный центр «Diesel-PRO» является представителем крупнейших торговых марок автокомпонентов, а также предлагает услуги по регулировке и ремонту топливной аппаратуры отечественного и иностранного производства. Подобрать нужный дизельный двигатель, а также ознакомиться с характеристики и фото товаров вы можете в каталоге на сайте компании.

Разбираемся в спецификациях дизельных двигателей

Ларри Йорк, президент Frontier Power Products

Обзор

Попытка провести осмысленное сравнение между типами двигателей может привести к путанице. Помимо обычного использования двух (или более) единиц измерения для каждой спецификации, часто существует несколько оценок для каждой модели двигателя. Во многих приложениях, таких как морские и генераторные установки, предлагаются специальные номинальные значения, предназначенные специально для конкретного использования. На эти специальные рейтинги обычно накладываются ограничения.

Таблица преобразования

«Метрификация» единиц измерения кажется почти универсальной. В большинстве листов спецификаций указаны как SI, так и более старые меры SAE. Существует множество доступных таблиц преобразования, которые обеспечивают простой перевод распространенных единиц, используемых для описания технических характеристик дизельного двигателя. Хотя это письмо не предназначено для использования в качестве таблицы преобразования, несколько распространенных единиц измерения двигателя преобразуются ниже.

л.с. × 0,746 = кВт·м (кВт·м × 1,34 = л.с.)
фунт-фут × 1,356 = Н·м (Н·м × 0,738 = фунт-фут)

фунт-фут × 1,38 = кг-м (кг-м × 1,233 = фунт-фут)
1 галлон США/час = 3,785 литра/час (1 литр/час = 0,264 галлона США/час)
1 британский галлон/час = 4,546 литра/час (1 литр дизельного топлива #2 весит 0,85 кг (прибл.))
галлонов США дизельного топлива № 2 весит 7,1 фунта. (прибл.) (1 британский галлон дизельного топлива № 2 весит 8,7 фунта (прибл.))

л.с. = лошадиные силы
кВтм = киловатты (механические)
Н·м = ньютон-метр

Примечание. При любом сравнении важно использовать одни и те же основные критерии. Например, если расход топлива каждого двигателя использует один и тот же вес на единицу топлива, сравнительные характеристики будут иметь смысл.

Мощность

Несмотря на «метрификацию», дизельные двигатели часто обозначаются по выходной мощности. Метрическое сравнение — киловатты (кВт). До недавнего времени в Северной Америке мощность двигателя измерялась в лошадиных силах, а электрическая мощность — в киловаттах. Это может привести к некоторой путанице, когда двигатель требуется для привода генераторной установки. Механическая выходная мощность двигателя в киловаттах (кВт·м) не учитывает потери эффективности в генераторе или, возможно, другие паразитные потери, такие как охлаждающий вентилятор, перед электрической мощностью генератора, измеряемой в электрических киловаттах (кВт). Киловатты (электрические) — это мощность, доступная на клеммах генератора. Как и в случае с номинальной мощностью двигателя, может быть три или более номинальной мощности генератора (непрерывный, основной и резервный) в зависимости от предполагаемого использования машины.

Существует несколько общепринятых методов оценки промышленных и судовых дизельных двигателей. Нередко можно увидеть пять разных значений выходной мощности для одной и той же модели двигателя. Рейтинги могут быть выполнены в соответствии со стандартами «DIN», «SAE» или JIS (три руководящих органа). По сути, наиболее важным фактором является предполагаемое использование двигателя. Определите, какую мощность вам нужно использовать для предполагаемого обслуживания двигателя, и попросите, чтобы мощность двигателя в л.с. или кВт/м была выражена в наиболее подходящих терминах. Все производители, которые предлагают несколько номинальных мощностей, также предлагают рекомендации по использованию двигателя при различных номинальных мощностях.

Пример этого можно проиллюстрировать следующими примерами кривых. Горизонтальная ось показывает скорость двигателя в оборотах в минуту (об/мин), а вертикальная ось указывает мощность как в кВтм, так и в л.с. Показаны две кривые и указаны стандарты испытаний (ISO 3046). Обычно эти кривые называются «непрерывными» (самая низкая производительность) и «прерывистыми» (верхняя кривая).

При равных или лучших условиях, чем условия испытаний для топлива, температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря, этот двигатель обеспечит пользователю любую из показанных выходных мощностей на любой из показанных скоростей.

Наверное, нигде нельзя найти более «эластичных» рейтингов, чем для высокоскоростных судовых двигателей. Одна из причин этого заключается в том, что использование судовых дизелей может варьироваться от полной мощности, «24/7», до очень прерывистой работы на высокоскоростных судах. Кроме того, в судовых двигателях можно использовать морскую воду для доохлаждения всасываемого воздуха с турбонаддувом, что позволяет эффективно сжигать больше топлива. Морское право, как и любое другое использование, требует от покупателя четкого указания характера использования судна.

Так почему бы не купить у данного двигателя максимальную доступную мощность? Ответ – срок службы двигателя (для получения дополнительной информации о сроке службы двигателя см. Как долго прослужит (морской) дизельный двигатель?). Двигатели имеют расчетный срок службы при заданной выходной мощности. При выборе двигателя необходимо учитывать эксплуатационный фактор применения. Например, водяные насосы могут работать с заданной выходной мощностью в течение длительных периодов времени. Это «непрерывное» приложение. Измельчитель кустов, как правило, усердно работает только в течение коротких периодов времени, пока материал проходит через лезвия. Это прерывистая работа. Есть и специальные приложения. Пожарные насосы, высокоскоростные аварийные суда и т.п. могут иметь кривые, предназначенные только для их конкретного применения.

Двигатели изначально предназначены для выполнения услуги или некоторого набора услуг. Например, «автомобильные» двигатели обычно представляют собой компактные и легкие двигатели, предназначенные для использования в транспортных средствах. В двигателе могут использоваться более легкие и менее прочные компоненты, чем в двигателе, предназначенном для использования в тяжелом оборудовании или коммерческом морском оборудовании. Автомобильные производные двигатели могут по-прежнему предлагать «непрерывную» номинальную мощность в лошадиных силах, но расчетный срок службы двигателя может быть значительно меньше, чем у более тяжелого двигателя промышленного типа. Наиболее распространенными «ключами» к долговечности являются кубический объем двигателя и число оборотов в минуту, при которых он развивает свою мощность.

Здесь нет правильного или неправильного. Если приложение предназначено для транспортных средств, двигатель автомобильного типа создан для этой цели и должен обеспечивать достаточный срок службы. Если бы применение было тяжелым промышленным, двигатель автомобильного типа был бы использован неправильно и не обеспечил бы разумный срок службы.

Существуют таблицы с рекомендациями по механизмам, используемым в различных службах. Производители двигателей публикуют информацию о применении, и многие производители оборудования также предоставляют информацию о требованиях к входной мощности. Эта информация и представление о необходимом количестве часов работы помогают определить, какой двигатель «подходит» для данной работы.

Это компромисс между выходной мощностью и сроком службы двигателя. Ключом к удовлетворительному опыту работы с двигателем является определение предполагаемого использования и выбор двигателя и номинальной мощности, которые должны обеспечивать необходимое количество часов работы .

Крутящий момент и увеличение крутящего момента

Лошадиная сила — это скорость выполнения работы. Крутящий момент — это «вращательная сила в механизме» в соответствии со словарным определением. Эти два параметра связаны (крутящий момент фунт-фут = л.с. x 5252 / об/мин), но крутящий момент часто понимают неправильно. Поскольку существует фиксированная зависимость между л.с. (или кВт·м) и крутящим моментом, два двигателя с одинаковой мощностью при одинаковых оборотах будут иметь одинаковый крутящий момент. Однако в работе два двигателя могут вести себя совершенно по-разному. Причина этого в том, что у них может быть очень разное увеличение крутящего момента. Поэтому они по-разному реагируют на требования нагрузки.

Длина хода поршня, количество цилиндров, вращающаяся масса и другие факторы влияют на повышение крутящего момента. Более новые двигатели с электронным управлением способны создавать такие характеристики крутящего момента, которых нельзя было бы достичь при механическом управлении подачей топлива.

Кривые мощности двигателя часто также показывают кривую крутящего момента или «крутящий момент при понижении». Эта кривая показывает количество крутящего момента, доступного от двигателя при приложении нагрузки, превышающей номинальный крутящий момент двигателя при рабочих оборотах. Разница в крутящем моменте при номинальном числе оборотов и максимальном или пиковом крутящем моменте называется «нарастанием крутящего момента». Обычно выражается в процентах. (Пиковый крутящий момент – номинальный крутящий момент / номинальный крутящий момент = увеличение крутящего момента X 100)

В этом случае номинальный крутящий момент составляет 477 фунто-футов. а максимальный крутящий момент составляет 657 фунт-футов. при 1200 об/мин. Увеличение крутящего момента составляет: 657 – 477 разделить на 477 = 38%.

Обратите внимание, что несмотря на наличие двух кривых мощности в лошадиных силах, непрерывной и прерывистой, показана только прерывистая кривая крутящего момента. Предположение состоит в том, что, если двигатель «сбрасывается» (уменьшается число оборотов в минуту под нагрузкой), то двигатель будет работать в соответствии со своей прерывистой номинальной кривой. Кривые крутящего момента обычно доступны для любой опубликованной номинальной мощности.

На практике все это означает, что во многих случаях двигатель с более высоким крутящим моментом будет выполнять свою работу быстрее. Он будет казаться более мощным и отзывчивым. Эта разница будет очень заметна в приложениях, где двигатель регулярно снижает свою номинальную скорость под нагрузкой. Примерами этого являются буровая установка, поднимающая колонну штанг, дробилка, перерабатывающая пни, или погрузчик, копающий скалистый берег. Даже устройства, обычно не считающиеся чувствительными к увеличению крутящего момента, такие как генераторные установки и судовые двигатели, при некоторых условиях могут выиграть от хороших характеристик увеличения крутящего момента. (Натягивание тяжелой траловой сети, противодействие течению или запуск двигателя, например.)

Крутящий момент и повышение крутящего момента являются очень важными факторами во многих случаях применения, особенно в тех случаях, когда двигатель регулярно снижается с его номинальной скорости из-за воздействия нагрузки. Увеличение крутящего момента позволяет двигателю работать на более высоких оборотах. под нагрузкой и тем самым быстрее выполнять свою работу. В экстремальных условиях недостаточное увеличение крутящего момента не позволит двигателю принять нагрузку, и он заглохнет.

Можно многое добавить о важности крутящего момента. «Спад» и «изохронность» управления, электронное или механическое управление и другие факторы входят в аспекты, которые следует учитывать. Опять же, если предполагаемое использование ясно, лучший вариант обычно очевиден.

Расход топлива
По уважительной причине люди часто хотят знать, сколько топлива потребляет их двигатель. Топливо является самой большой статьей расходов в течение срока службы большинства двигателей. Казалось бы, небольшая разница в расходе топлива может обеспечить большую экономию в течение срока службы двигателя. Существуют приложения, в которых затраты на двигатель или генераторную установку можно окупить в течение относительно короткого периода времени, просто правильно подобрав размер устройства для нагрузки.
Производители двигателей публикуют топливные кривые. Эти кривые обычно считаются правильными в узких пределах с учетом определенных факторов, таких как минимальное цетановое число и приемлемые условия окружающей среды. Проверка расхода топлива обычно проводится по весу израсходованного топлива за известный период времени при известной выходной мощности. Результаты испытаний могут быть опубликованы по весу или переведены в объем.
Многие производители также публикуют данные о расходе топлива при частичной нагрузке. Это может быть очень важной информацией, так как большинство двигателей не работают все время на полной номинальной мощности. Из-за потери КПД при сгорании расход топлива при частичной нагрузке не является «линейным». То есть при 50-процентной нагрузке не будет потребляться 50 % расхода топлива при полной нагрузке. В некоторых случаях различия в показателях расхода топлива при частичной нагрузке могут быть весьма значительными при сравнении разных моделей двигателей.
Современные дизельные двигатели, особенно двигатели с электронным управлением, очень эффективны с точки зрения полезной энергии, производимой на израсходованном топливе. Тем не менее, любой двигатель должен быть правильно применен, чтобы обеспечить экономичную и надежную работу.
Единственный способ точно спрогнозировать расход топлива — это знать, какая будет нагрузка на двигатель. Правильный подбор двигателя имеет решающее значение. Слишком большая мощность для нагрузки приведет к плохой экономии топлива (и другим проблемам). Слишком низкая мощность приведет к сокращению срока службы двигателя.
Во многих приложениях можно использовать кривую расхода топлива, чтобы найти наиболее экономичный источник энергии.
Вот пример того, что можно найти, глядя на кривые расхода топлива.
На диаграмме «А» показана кривая мощности «тяжелого режима» для двигателя мощностью 250 л.с. @ 2200 об/мин. Диаграмма «В» иллюстрирует кривую мощности двигателя мощностью 225 л.с. (непрерывно) при 2400 об/мин.
Если бы мы хотели управлять водяным насосом мощностью 220 л.с. мы могли бы запустить двигатель «А» на скорости 1600 об/мин и выбрать водяной насос с крыльчаткой, подогнанной под эту скорость. Ожидается, что двигатель будет потреблять:
– 220 л.с. x 0,32 фунта = 70,4 фунта/час или 9,86 галлона США (37,47 литра)
Двигатель «В» должен работать при 2200 об/мин, чтобы обеспечить непрерывную мощность 220 л. с. Его расход топлива составит:
– 220 л.с. x 0,35 фунта = 77,0 фунта/час или 10,85 галлона США (41,23 литра)
Разница в расходе топлива составляет всего 0,03 фунта на лошадиную силу в час. Однако, если бы насос работал 2500 часов в год (48 часов в неделю), экономия топлива составила бы 2475 галлонов США (9405 литров). В течение ожидаемого срока службы двигателя это представляет собой огромную экономию эксплуатационных расходов.
Придерживаясь нашего примера «A» и «B», можно было бы ожидать, что для производства такой же непрерывной мощности при более низкой частоте вращения двигателя потребуется двигатель большего объема. Таким образом, первоначальная стоимость двигателя и его аксессуаров (радиатор или другой теплообменник, воздухоочиститель, глушитель и т. д.) будет выше. Однако при выборе двигателя следует учитывать затраты на расход топлива. Это особенно актуально для приложений, требующих длительной работы в районах, где стоимость топлива особенно высока.
Многие приложения позволяют двигателю работать в нормальных условиях на заранее выбранных оборотах двигателя. Выбор рабочей скорости, при которой двигатель обеспечивает максимальную экономию топлива, может принести большие дивиденды.
Дизельный двигатель
: Особенности и работа | Машины
В этой статье мы обсудим:- 1. Принцип работы дизельного двигателя 2. Особенности дизельного двигателя 3. Эксплуатация 4. Процесс сгорания.
Принцип дизельного двигателя:
В таких двигателях в цилиндр всасывается только воздух, а не смесь воздуха и топлива, как в двигателе карбюраторного типа. Сжатие воздуха во время такта сжатия делает заряд очень горячим. Ближе к концу такта дизельное топливо впрыскивается в цилиндр в распыленной форме, которая воспламеняется в цилиндре, вызывая повышение давления, которое толкает поршень вниз. Для искрообразования не предусмотрена электрическая система зажигания.
Основные элементы дизельного двигателя такие же, как у двигателя с искровым зажиганием, но способ подачи топлива и воспламенение существенно отличаются. Двигатель имеет высокую степень сжатия, поэтому воздух в цилиндре достигает очень высокой температуры и давления в конце такта сжатия. В конце такта сжатия топливо впрыскивается в цилиндр через распылители (форсунки).
Баллон содержит воздух высокого давления и температуры; следовательно, топливо начинает гореть, как только топливо достигает цилиндра в распыленной форме. Такие двигатели называются двигателями с воспламенением от сжатия, поскольку воспламенение топлива происходит за счет теплоты сжатия. Дизельный двигатель оснащен ТНВД и форсунками. Форсунки выступают в камеру сгорания двигателя.
Особенности дизельного двигателя:
i. Двигатель имеет высокую степень сжатия от 14:1 до 22:1.
ii. В такте сжатия двигатель достигает высокого давления от 30 до 45 кг/см ² и высокой температуры около 500°C.
III. В конце такта сжатия топливо впрыскивается в цилиндр через форсунки (форсунки) под очень высоким давлением от 120 до 200 кг/см ² .
iv. Воспламенение происходит только за счет теплоты сжатия.
v. В дизеле нет внешней искры.
VI. Дизельный двигатель имеет лучшую способность к пробуксовке или тяге, т. е. он поддерживает более высокий крутящий момент в течение более длительного времени при более низкой скорости.
Эксплуатация дизельного двигателя:
Для работы дизельного двигателя поршень размещается внутри цилиндра и крепится к коленчатому валу через шатун. Поршень движется вверх и вниз в цилиндре. Это движение поршня вверх и вниз преобразуется шатуном во вращательное движение коленчатого вала. Маховик крепится к заднему концу коленчатого вала. Благодаря этому вал вращается равномерно при работающем двигателе.
Цилиндр плотно закрыт сверху головкой цилиндра, в которой находятся впускной и выпускной клапаны. Впускной клапан впускает воздух в цилиндр, а выпускной клапан позволяет отработанным газам выходить из двигателя. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружиной клапана и открываются с помощью коромысла, который приводится в действие распределительным валом через толкатели клапанов и толкатели.
Распределительный вал и вал топливного насоса высокого давления приводятся в движение коленчатым валом через шестерни. Топливо, подаваемое ТНВД, впрыскивается в цилиндр через топливную форсунку. Топливо воспламеняется за счет тепла сжатия, а поршень отталкивается расширяющимися газами. Таким образом цикл повторяется.
Процесс сгорания в дизельном двигателе:
В дизельном двигателе только воздух сжимается в цилиндре поршнем. Затем в цилиндр примерно впрыскивается топливо. 15° до верхней мертвой точки (ВМТ) и продолжается приблизительно до 10° после ВМТ (рис. 3.7). Поскольку топливо находится в сильно распыленной форме, оно самовоспламеняется теплом сжатого воздуха. Поэтому степень сжатия дизеля должна быть высокой (от 14 до 22), а температура сжатого воздуха должна быть выше 500°С.

Горение происходит в следующие четыре этапа:
(a) Период задержки перед зажиганием (рис. 3.7):
В течение этого периода некоторое количество топлива было допущено, но еще не воспламенилось . По окончании периода задержки, т.е. в точке B, начинается воспламенение с быстрым ростом давления.
(b) Период быстрого повышения давления и передачи тепла (рис. 3.7 во время B-C):
После начала воспламенения и установления пламени большое количество тепла передается всем частицам топлива, что приводит к быстрому сгоранию и давлению подъем в камеру сгорания.
(c) Период прямого сжигания позднего впрыска топлива (рис. 3.7 во время C-D):
На этом этапе температура и давление в камере сгорания настолько высоки, что поздний впрыск топлива сгорает, как только поступает .
(г) Период дожигания (рис. 3.7 при Д-Е):
В точке D прекращается впрыск топлива и топливо, не сгоревшее до этого периода, сгорает в течение периода Д-Е.
Если в течение «периода задержки» в камеру сгорания было впрыснуто чрезмерное количество топлива, топливо сгорит со взрывом в течение периода B-C. При этом в камере сгорания создается избыточное давление, что приводит к «детонации» двигателя.