Система зажигания дизельного двигателя: Система зажигания двигателя – устройство, регулировка + видео » АвтоНоватор

Содержание

Система зажигания двигателя – устройство, регулировка + видео » АвтоНоватор

Система зажигания двигателя обеспечивает с помощью искры своевременное воспламенение смеси, из горючего и воздуха, которая попадает в камеру сгорания. Однако это необходимо для бензиновых авто, с дизельными машинами все иначе. В них воздух и топливо попадают в цилиндры отдельно, причем воздух сильно сжимается и соответственно нагревается (температура может достичь 700 С), таким образом, происходит самовоспламенение. Значение этой системы для обоих видов моторов вкратце понятно, но также немногословно описать ее установку будет непросто, поэтому посвятим ей нашу статью.

Система зажигания двигателя – отличие «дизеля» от бензинового мотора

Из-за указанных различий в самом процессе воспламенения бензинового и дизельного топлива в двигателе, можно отметить разницу и в строении зажигания. Очевидно хотя бы то, что такой системы, как в бензиновом авто, состоящей из прерывателя-распределителя, коммутатора или же датчиков импульсов, в дизельной машине нет. Однако зимой иногда с трудом удается завести дизельный движок, из-за того, что воздух слишком холодный, поэтому устанавливают специальную систему предварительного подогрева, чтобы увеличивать температуру воздуха в камере сгорания.

Можно сказать, что установка зажигания на дизельном двигателе – это не что иное, как выбор угла опережения впрыска горючего. А достигается это регулированием положения поршня, в момент впрыскивания «дизеля» в цилиндр. Это очень важно, так как при неправильном выборе угла впрыскивание будет несвоевременным, и, как следствие, топливо не будет сгорать до конца. А это негативно отразится на слаженной работе цилиндров.

Допустив незначительную ошибку, всего-то в один градус, можно спровоцировать выход из строя всего силового агрегата, из-за чего потребуется капитальный ремонт.


Система зажигания дизельного двигателя – устройство и принцип регулировки

Подытоживая, можно сказать, что система зажигания дизельного двигателя включает насос высокого давления (ТНВД), посредством которого и происходит ввод горючего в камеру сгорания.

Современные автомобилисты находят в таком устройстве системы эффективность и экономичность расхода топлива, поэтому дизельные моторы становятся более популярными. Именно из-за увеличивающегося числа пользователей мы решили приоткрыть секреты обслуживания описанной системы зажигания.

Если в автомобиле стоит дизельный силовой агрегат с механической топливной аппаратурой, то регулировать угол опережения впрыска можно посредством поворота насоса вокруг своей оси. Еще можно поворачивать зубчатый шкив относительно ступицы. Если же ТНВД и зубчатый шкив жёстко закреплены, тогда регулировка происходит только за счет углового сдвига зубчатого шкива распределительного вала. Но это все лирика, пора перейти к действиям.

Регулировка зажигания дизельного двигателя – инструкция для решительных

Регулировка зажигания дизельного двигателя может производиться и самостоятельно. Для начала следует поднять крышку капота и зафиксировать ее на опорной стойке. Сверху слева на задней части двигателя необходимо найти маховик (массивное колесо), на корпусе кожуха которого расположено механическое устройство. Шток этого устройства требуется сначала приподнять и развернуть на 90 градусов, затем опустить в прорезь, которая находится на корпусе.

Теперь снимите грязезащитный щиток, для этого на кожухе маховика ключом 17 мм нужно открутить два болта (проще подобраться к этому месту из-под машины). В отверстие маховика через прорезь кожуха следует вставить металлический стержень и поворачивать коленвал двигателя. Направить его нужно слева направо, пока его ход не будет застопорен штоком фиксатора сверху.

Теперь самое время посмотреть на вал привода насоса для горючего, он расположен сверху от развала блока цилиндров (ось, от которой ряды цилиндров расходятся). Если установочная шкала приводной муфты (фланца, который служит для передачи вращений от приводного вала) ТВНД повернута вверх, то в этом случае риску на фланце топливного насоса следует совместить с нулевой меткой привода и затянуть два крепежных болта. Если установочная шкала приводной муфты не повернута вверх, тогда потребуется приподнять стопор, а коленвал двигателя повернуть на один оборот, и следом все вышеперечисленные действия необходимо повторить в том же порядке.

Как только болты приводной муфты затянули, нужно поднять вверх стопор маховика, повернуть на 90 градусов и опустить в паз. На кожухе маховика снизу можно вернуть на свое место грязезащитный щиток (крепится болтами). Теперь капот автомобиля пора закрыть, работа закончена. Остается завести автомобиль и проверить четкость срабатывания системы.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Система зажигания дизельного двигателя и лазерная свеча зажигания

Группа изобретений относится к двигателестроению. Технический результат заключается в повышении мощности и надежности свечи зажигания двигателя при улучшении ее охлаждения. Сущность изобретений заключается в том, что система зажигания дизельного двигателя содержит топливный насос высокого давления и установленную в каждом цилиндре топливную форсунку и свечу зажигания, соединенную с проводом распределителя зажигания. Свечи зажигания выполнены лазерными с источником лазерного излучения и фокусирующей линзой и содержат форкамеру с каналом подачи топлива, который выполнен коаксиально источнику лазерного излучения. Топливный насос высокого давления трубкой соединен с каналом подачи топлива каждой свечи зажигания. Канал подачи топлива в форкамеру может быть образован между двумя трубками: внутренней и внешней. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из материала с высокой удельной электропроводностью. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего медь. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего драгоценные металлы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к системам зажигания, в частности к улучшенной свече зажигания, которая способна значительно улучшить эффективность распространения искры зажигания и эффективность сжигания топлива при использовании в дизельном двигателе.

Обычно в дизельном двигателе зажигание топлива производится за счет того, что топливо впрыскивается в сильно нагретый при сжатии воздух, т.е. происходит самовоспламенение и система зажигания отсутствует. В некоторых случаях система зажигания применяется.

Известна система зажигания дизельного двигателя по патенту РФ на изобретение №2546640, МПК F02B 75/32, опубл. 27.12.2014 г.

Этот двигатель содержит блок цилиндров, над каждым из которых закреплена головка блока цилиндров с вкрученной в головку свечой зажигания, камеру сгорания, а внутри блока цилиндров расположен поршень, соединенный с помощью поршневого пальца с верхней головкой центрального шатуна, планку, соединенную с втулкой, два шатуна, выполненные в виде трапеции с углом, который меняется от места расположения поршня.

Недостаток — сложность конструкции.

В качестве прототипа принята система зажигания дизельного двигателя по патенту РФ на изобретение №2300650, МПК F02B 75/32, опубл. 10.06.2007 г.

По этому патенту предложена система зажигания топлива в дизельном двигателе, содержащем топливный насос высокого давления и свечу зажигания с центральным электродом, соединенным с высоковольтным проводом, идущим от распределителя зажигания, и заземленным боковым электродом.

Недостаток этой системы — относительно низкая надежность воспламенения из-за того, что применена свеча зажигания, работающая по принципу накаливания провода с высоким удельным электрическим сопротивлением. Момент опережения зажигания четко невозможно выдержать и из-за этого снижается полнота сгорания и КПД дизельного двигателя.

Задача создания изобретения, совпадающая с техническим результатом, состоит в повышении мощности и надежности свечи зажигания.

Технический результат — значительное улучшение охлаждения свечи зажигания.

Решение указанных задач достигнуто в системе зажигания дизельного двигателя, содержащей топливный насос высокого давления и установленную в каждом цилиндре топливную форсунку и свечу зажигания, соединенную с проводом, идущим от распределителя зажигания, и заземленным корпусом свечи, тем, что применены лазерные свечи зажигания с источником лазерного излучения и фокусирующей линзой, содержащие форкамеру и канал подачи топлива в форкамеру, выполненный коаксиально источнику лазерного излучения, а топливный насос высокого давления трубкой соединен с каналом подачи топлива каждой свечи зажигания.

Решение указанных задач достигнуто в свече лазерного зажигания, содержащей корпус и источник лазерного излучения, тем, что она содержит форкамеру и канал подачи топлива в форкамеру, выполненный коаксиально источнику лазерного излучения.

Топливный канал может быть образован между двумя трубками: внутренней и внешней. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из материала с высокой удельной электропроводностью. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего медь. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего драгоценные металлы.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1 и 2, где

— на фиг. 1 приведена система зажигания;

— на фиг. 2 — лазерная свеча зажигания.

Система зажигания (фиг. 1…2) содержит лазерную свечу зажигания 1, имеющую источник лазерного излучения 2, оптическое волокно 3, фокусирующую линзу 4 на торце оптического волокна 3, форкамеру 5, канал подачи топлива 6 в форкамеру 5, выполненный коаксиально источнику лазерного излучения 2, установленному во внутренней полости 7, соединенный трубопроводом 8 с топливным насосом высокого давления 9.

Лазерная свеча зажигания 1 содержит, в свою очередь, корпус 10 с резьбовым участком 11. Длина резьбового участка 11 и его диаметр (резьба) для каждого двигателя свои, однако для многих типов автомобильных двигателей они унифицированы. Корпус 10 имеет место под ключ 12.

Основной особенностью лазерной свечи зажигания является выполнение топливного канала 4 между внутренней трубкой 13 и внешней трубкой 14 коаксиально источнику лазерного излучения 2 и топливных отверстий 15, выходящих в форкамеру 5. Такая конструкция не только позволит увеличить мощность факела воспламенения, но и обеспечит эффективное жидкостное охлаждение источника лазерного излучения 2 и фокусирующей линзы 4. Внутренняя полость 7 выполнена внутри внутренней трубки 13 и в ней установлено по меньшей мере одно оптическое окно 16.

В систему зажигания входит топливный насос высокого давления 9, к выходу которого присоединена топливная трубка 17, другой конец которой соединен с топливной форсункой 18, установленной в головке 19, установленной, в свою очередь, через прокладку 20 на цилиндре 21. Внутри цилиндра 21 образуется камера сгорания 22.

Форкамера 5 содержит корпус 23 (металлический, предпочтительно стальной), на котором выполнены отверстия 24. Во внутренней трубке 13 выполнено выходное отверстие 25 для выхода луча лазера в форкамеру 5. На верхнем торце 26 внутренней трубки 13 выполнена клемма 27, к которой с одной стороны присоединен внутренний провод 28, другой конец которого соединен с источником лазерного излучения 2, а с другой стороны клемма проводом 29 соединена с выходом распределителя 30, вход которого низковольтными проводами 31 соединен через выключатель 32 с источником энергии 33, например аккумуляторной батареей.

Корпус 19 и один из выводов источника энергии 33 заземляющим проводом 34 соединен с заземлением 35 (массой).

Работа устройства и свечи лазерного зажигания.

При работе воспламенителя, например, в составе дизельного двигателя (фиг. 1 и 2), в состав которого входит воспламенитель, после впрыска (топлива) и незадолго до завершения цикла сжатие (МЗ — момент зажигания) подается напряжение из распределителя 30 по проводу 29 через клемму 27 и внутренний провод 28 на источник лазерного излучения 2, который формирует лазерный луч. Лазерный луч проходит через оптическое волокно 3 (при его наличии), фокусирующую линзу 4 и оптические окна 16 через выходное отверстие 25 в форкамеру 5, где воспламеняет топливо-воздушную смесь. Множество факелов выходя из отверстий 24 в камеру сгорания 22 воспламеняет топливо-воздушную смесь в цилиндре 21.

Применение предложенной схемы и лазерной свечи зажигания позволит не только в несколько раз увеличить мощность лазерной свечи зажигания 1, но и значительно улучшить ее охлаждение.

В итоге применение изобретения позволит:

— обеспечить более надежное зажигание за счет своевременной подачи дополнительного топлива в форкамеру,

— уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного воспламенением топлива мощным факелом форкамеры,

— снизить эмиссию вредных веществ вследствие более полного сгорания топлива,

— значительно увеличить ресурс лазерных свеч за счет жидкостного охлаждения топливом.

1. Система зажигания дизельного двигателя, содержащая топливный насос высокого давления и установленную в каждом цилиндре топливную форсунку и свечу зажигания, соединенную с проводом, идущим от распределителя зажигания, и заземленным корпусом свечи, отличающаяся тем, что применены лазерные свечи зажигания с источником лазерного излучения и фокусирующей линзой, содержащие форкамеру и канал подачи топлива в форкамеру, выполненный коаксиально источнику лазерного излучения, а топливный насос высокого давления трубкой соединен с каналом подачи топлива каждой свечи зажигания.

2. Свеча лазерного зажигания, содержащая корпус и источник лазерного излучения, отличающаяся тем, что она содержит форкамеру и канал подачи топлива в форкамеру, выполненный коаксиально источнику лазерного излучения.

3. Свеча лазерного зажигания по п. 2, отличающаяся тем, что канал подачи топлива в форкамеру образован между двумя трубками: внутренней и внешней.

4. Свеча лазерного зажигания по п. 2, отличающаяся тем, что внутренняя и/или внешняя трубки выполнены из материала с высокой удельной электропроводностью.

5. Свеча лазерного зажигания по п. 3, отличающаяся тем, что внутренняя и/или внешняя трубки выполнены из сплава, содержащего медь.

6. Свеча лазерного зажигания по п. 3, отличающаяся тем, что внутренняя и/или внешняя трубки выполнены из сплава, содержащего драгоценные металлы.

Система зажигания инжекторного и дизельного двигателя автомобиля: виды (контактная и другие)

Эффективная работа автомобильного двигателя достигается только за счет нормальной работоспособности основных систем и узлов. Одной из таковых является система зажигания. Какие функции она выполняет, какие существуют виды СЗ, из каких механизмов и элементов она состоит? Ответы на эти и многие другие вопросы вы можете найти ниже.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Характеристика системы зажигания двигателя

Автомобильные бензиновые инжекторные и дизельные моторы не могут работать при неисправностях в работе системы зажигания. Если хотя бы один составляющий элемент СЗ по каким-то причинам выходит из строя, это приведет к некорректной работе мотора в целом. Для начала рассмотрим основные характеристики СЗ, начнем с предназначения.

Предназначение и функции

Предназначение СЗ заключается в подаче высоковольтного разряда (искры) на свечи в определенный так работы двигателя автомобиля. В частности, речь идет о бензиновых силовых агрегатах. Что касается дизельных моторов, то в данном случае под зажигание подразумевают момент впрыска горючего и такт сжатия.

Виды

Если с назначением все понятно, то перейдем к видам:

  1. Контактные СЗ, в данном случае процесс управления за процедурой накопления и распределения высоковольтного разряда по цилиндрам производится с помощью распределительного механизма. Более совершенствованные контактные СЗ стали транзисторными, в них в первичной цепи катушки используется специальный транзисторный коммутатор.
  2. Бесконтактные СЗ. В таких системах управление зарядом осуществления с помощью транзисторного коммутатора, который взаимодействует с бесконтактным датчиком Холла. Многоискровое коммутаторное устройство используется в качестве прерывателя, а процесс распределения энергии производится с помощью механического распределительного узла.
  3. Электронные СЗ. В таких системах применяются специальные управляющие модули, которые осуществляют накопление и дальнейшее распределение разряда одно- или двухконтурной СЗ.

Конструкция

Теперь перейдем к вопросу конструкции СЗ:

  1. Основным элементом считается источник питания, используется батарейное устройство (АКБ), а также генераторный узел. Первый применяется для запуска мотора, а второй — для питания оборудования во время езды.
  2. Выключатель, то есть замок, в который водитель вставляет ключ. Этот механизм используется для подачи напряжения на электросеть авто, а также на втягивающее реле стартерного узла.
  3. Катушка или модуль зажигания. Этот элемент используется непосредственно для накопления, а также дальнейшего преобразования электрической энергии в высоковольтный разряд. Накопители могут быть емкостными или индуктивными.
  4. Не менее важный элемент — это свечи. Эти элементы представляют собой устройства, оснащенные электродами, их количество может варьироваться в зависимости от типа свечей и их производителя. На центральной части конструкции расположен специальный проводниковый элемент.
  5. Механизм распределения. Его предназначение заключается в подачи высоковольтного заряда на определенный цилиндр в определенное время, то есть в самый оптимальный момент. Такие механизмы состоят из распределительных устройств (трамблеров), коммутаторов и управляющих модулей, но их состав может быть разным в зависимости от типа СЗ.
  6. Высоковольтные провода. По сути, это одножильный кабель, оснащенный надежной изоляцией. Проводник, расположенный внутри изоляции, может быть выполнен в виде спирали, это позволят предотвратить образование помех в радиодиапазоне.

Принцип работы и порядок зажигания

Как работает СЗ:

  1. На первом этапе происходит накопление электрической энергии, а также дальнейшая подача заряда нужного уровня.
  2. Далее, осуществляется преобразование накопленной энергии в высоковольтный разряд.
  3. На следующем этапе осуществляется распределение заряда по цилиндрам. Здесь же следует упомянуть о порядке. Порядок зажигания — это процесс подачи заряда на определенные цилиндры, данный параметр определяется производителем для каждого конкретного автомобиля. К примеру, в отечественных ВАЗ 2109 порядок такой — сначала заряд подается на первый цилиндр, затем на третий, четвертый, а потом на второй.
    В Газелях порядок немного другой — сначала в работу вступает первый цилиндр, затем второй, потом четвертый и третий. Если вам нужно точно узнать о порядке работы цилиндров, уточните эту информацию в сервисной книжке.
  4. Далее, с помощью свечей в цилиндрах образовывается искра.
  5. На завершающем этапе осуществляется возгорание топливовоздушной смеси, что приводит к запуску силового агрегата (автор видео — Михаил Нестеров).

Следует отметить, что на каждом из этапов важно, чтобы все компоненты системы работали слаженно, только это позволит добиться наиболее эффективной работы.

Характерные неисправности зажигания двигателя

Поскольку по своей конструкции СЗ — это достаточно сложная система, выход из строя одного из ее компонентов может привести к невозможности запуска мотора.

Если двигатель не запускается, причины могут быть следующими:

  1. Окислились контакты на прерывателе, возможно, между ними отсутствует зазор. В данном случае люфт следует отрегулировать, а сами контакты качественно очистить.
  2. Произошло замыкание на массу конденсаторного элемента или проводки контактов. Замыкание необходимо устранить для ликвидации неисправности, а конденсаторный компонент — поменять на работоспособный. Также причина может заключаться в его пробое.
  3. Произошел обрыв в электроцепи высоковольтного напряжения катушки, на ней могла появиться трещина. В данном случае катушка подлежит замене.
  4. В некоторых случаях причина кроется в неправильной установке момента, тогда его следует проверить и при необходимости — отрегулировать.
  5. Еще одна проблема — не включается замок, она актуальна для авто с замком, в машинах, где запуск мотора осуществляется путем нажатия на кнопку, такой проблемы не бывает. Необходимо полностью снять и разобрать механизм, зачистить его, а если нужно — поменять контактную группу (автор видео — канал Мир Матизов).

Если силовой агрегат функционирует неустойчиво на небольших и средних оборотах, причины могут быть такими:

  1. На крышке трамблера появилась трещина, загрязнился роторный механизм. Устройство необходимо протереть, а если трещина серьезная — то крышка подлежит замене.
  2. Заедает уголек крышки или этот компонент износился. Если есть возможность, то заедание следует устранить, а уголек можно поменять.
  3. Перегорело сопротивление, неисправность решается путем замены.
  4. Еще одна причина — пробой изоляции высоковольтных проводов. Неисправность нельзя решить путем дополнительного изолирования провода изолентой, это не тот случай. Нужно точно убедиться в том, что пробой имеет место, если есть необходимость, провод следует поменять.
  5. На свечах по каким-то причинам уменьшился или увеличился зазор, также сами свечи могли замаслиться. Если проблема в зазоре, то его следует отрегулировать. В том случае, если электроды перегорели, то свечи подлежат замене. Проблема замасливания решается путем очистки свечей, но также следует определить причину, по которым это произошло.
  6. Произошло подгорание распределительной пластины роторного механизма. В данном случае пластина подлежит очистке.

Фотогалерея «Неисправности СЗ»

Может быть такое, что мотор не позволяет развивать полную мощность, при этом нет приемистости двигателя, в некоторых случаях проблема может сопровождаться стуком поршневых колец.

Причины:

  1. На прерывательном механизме ослабла пружина подвижного контакта, можно попытаться произвести регулировку ее натяжения либо просто поменять.
  2. Выставлено позднее или ранее зажигание, необходимо его отрегулировать.
  3. Произошли перебои в образовании искры между электродами. Такая проблема, как правило, требует полной замены вышедшей из строя свечи.
  4. Если причина неисправности заключается в износе подшипниковых элементов прерывателя распределителя, то эти детали также полежат замене, поскольку отремонтировать их не получится.
  5. Проблема может быть обусловлена износом втулки подвижного контакта на прерывательном механизме. Необходимо произвести диагностику, а если есть необходимость, полностью поменять стойку с контактами.
 Загрузка …

Видео «Самостоятельно чистим свечи»

Как в домашних условиях произвести очистку свечей зажигания — подробная инструкция с описанием основных нюансов приведена в ролике ниже (автор видео — Oleg Ars).

Как работает дизельный двигатель автомобиля

Согласно сложившимся представлениям, дизельные двигатели производят много шума, неприятно пахнут и не дают нужной мощности. Считается, что они пригодны лишь для грузовых автомобилей, фургонов и такси. Возможно, в 1980-х гг. все было так, однако с тех пор ситуация в корне поменялась. Дизельные двигатели и органы управления системами впрыска топлива стали гораздо более совершенными. В 1985г. в Великобритании было продано почти 65 000 автомобилей с дизельными двигателями (примерно 3,5% от общего количества проданных автомобилей). Для сравнения, в 1985г. было продано всего 5380. (данные, вероятно, для рынка США).

Основные части дизельного двигателя должны быть прочнее, чем части двигателя, работающего на бензине.

Зажигание. Для зажигания не требуются искры, т.к. смесь воспламеняется под действием компрессии.

Запальные свечи. Нагревают камеру сгорания при холодном старте.

Многие дизельные двигатели были созданы на основе бензиновых двигателей, однако их основные детали обладают повышенной прочностью и способны выдерживать высокое давление.

Топливо попадает в двигатель за счет нагнетательного насоса с дозатором, который обычно прикреплен к боку блока цилиндров.  В системе не используется электрическое зажигание.

Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми является снижение эксплуатационных расходов. Дизельные двигатели обладают большей эффективностью за счет сильной компрессии и низкой стоимости топлива. Разумеется, цены на дизель могут варьироваться, поэтому автомобиль с дизельным двигателем обойдется вам дорого, если вы живете в регионе с высокими ценами на дизельное топливо. Кроме того, таким автомобилям реже требуется техобслуживание, однако замена масла для них организуется чаще, чем для автомобилей, которые работают на бензине.

Повышение мощности

Основным недостатком дизельных двигателей является их малая мощность по сравнению с бензиновыми двигателями равного объема.

Эту проблему можно решить, просто увеличив объем двигателя, однако зачастую это приводит к значительному утяжелению автомобиля.

Некоторые производители снабжают свои двигатели турбонагнетателями, чтобы повысить их конкурентоспособность. К примеру, производством турбодизелей занимаются Rover, Mercedes, Audi и VW.

Как работают дизельные двигатели

Впуск

При движении поршня вниз по цилиндру открывается впускной клапан, впускающий воздух.

Компрессия

Когда поршень доходит до нижнего основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Поршень поднимается, сжимая воздух.

Зажигание

Топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень доходит до верхнего основания. При этом топливо воспламеняется и снова приводит поршень в движение.

Выпуск

На обратном пути поршень открывает клапан выпуска, и отработанный газ выходит из цилиндра.

Четырехтактные дизельный и бензиновый двигатели работают по-разному, несмотря на то, что в их состав входят одинаковые компоненты. Основное отличие заключается в способе зажигания топлива и управления получаемой в результате энергией.

В двигателе, работающем на бензине, смесь воздуха и топлива зажигается от искры. В дизельном двигателе топливо воспламеняется под действием сжатого воздуха. В дизельных двигателях воздух сжимается в среднем в соотношении 1/20, в то время для бензиновых двигателей — это соотношение в среднем равно 1/9. Такое сжатие сильно нагревает воздух до температуры, достаточной для мгновенного воспламенения топлива, поэтому при использовании дизельного двигателя нет нужды в искрах или других способах зажигания.

Бензиновые двигатели поглощают очень много воздуха за один такт поршня (конкретный объем зависит от степени открытия отверстия дросселя). Дизельные двигатели всегда поглощают один и тот же объем, который зависит от скорости, при этом воздухопровод не оснащен дросселем. Его перекрывает один впускной клапан, а в двигателе отсутствует карбюратор и дисковый затвор.

Когда поршень достигает нижнего основания цилиндра, впускной клапан открывается. Под действием энергии от других поршней и импульса от махового колеса поршень отправляется к верхнему основанию цилиндра, сжимая воздух примерно в двадцать раз.

Как только поршень достигает верхнего основания, в камеру сгорания впрыскивается тщательно отмеренный объем дизельного топлива. Нагретый при сжатии воздух мгновенно воспламеняет топливо, которое расширяется при сгорании и снова отправляет поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.

Когда поршень двигается вверх по цилиндру на такте выпуска, выпускной клапан открывается, позволяя отработанным и расширившимся газам выйти в выхлопную трубу. В конце такта выпуска цилиндр снова готов к новой порции свежего воздуха.

Конструкция дизельного двигателя

Дизельный и бензиновый двигатель состоят из одинаковых частей, которые выполняют одни и те же функции. Тем не менее, части дизельного двигателя обладают повышенной прочностью, т.к. они призваны выдерживать большую нагрузку.

Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще стенок блока бензинового двигателя. Они укреплены дополнительными решетками, которые блокируют импульсы. Помимо этого, блок дизельного двигателя эффективно поглощает шумы.

Поршни, шатуны, валы и крышки корпуса подшипников изготавливаются из самых прочных материалов. Головка цилиндра дизельного двигателя имеет особый вид, связанный с формой форсунок, а также формами камеры сгорания и вихрекамеры.

Впрыск

Для плавной и эффективной работы любого двигателя внутреннего сгорания требуется правильная смесь воздуха и топлива. Для дизельных двигателей эта проблема особенно актуальна, т.к. воздух и топливо подаются в разное время, смешиваясь внутри цилиндров.

Впрыск топлива в двигатель может быть прямым и непрямым. По сложившейся традиции чаще используется непрямой впрыск, т.к. он позволяет создавать вихревые потоки, которые смешивают топливо и сжатый воздух в камере сгорания.

Прямой впрыск

При прямом впрыске топливо опадает прямо в камеру сгорания, расположенную в головке поршня. Такая форма камеры не позволяет смешивать воздух с топливом и поджигать получившуюся смесь без жесткого стука, характерного для дизельных двигателей.

В двигателе с непрямым впрыском обычно присутствует небольшая спиральная вихрекамера (форкамера). Перед попаданием в камеру сгорания топливо проходит через вихрекамеру, и в нем образуются вихревые потоки, обеспечивающие лучшее смешивание с воздухом.

Недостатком такого подхода является то, что вихрекамера становится частью камеры сгорания, а значит, вся конструкция приобретает неправильную форму, вызывает проблемы при сгорании и негативно влияет на эффективность работы двигателя.

Непрямой впрыск

При непрямом впрыскивании топливо попадает в небольшую форкамеру, а оттуда — в камеру сгорания. В результате конструкция приобретает неправильную форму.

Двигатель с прямым впрыском не оборудован вихрекамерой, и топливо прямиком попадает в камеру сгорания. При проектировании камер сгорания в головке поршня инженеры должны уделять особое внимание их форме, чтобы обеспечить достаточную силу вихрей.

Запальные свечи

Чтобы разогреть головку блока цилиндров и блок цилиндров перед холодным стартом, в дизельных двигателях используются запальные свечи. Короткие и широкие свечи являются составной частью электросистемы автомобиля. При включении питания элементы в свечах очень быстро нагреваются.

Запальные свечи включаются при особом повороте колонки рулевого управления или с помощью отдельного переключателя. В последних моделях свечи выключаются автоматически, как только двигатель разогревается и разгоняется до скорости, превышающей скорость холостого хода.

Управление скоростью

В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.

Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.

Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном — отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос. После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.

Как заводится дизельный двигатель

Дизельные двигатели, подобно бензиновым, заводятся при включении электромотора, запускающего цикл сжатия и воспламенения. Тем не менее, при низкой температуре дизельные двигатели заводятся с трудом, потому что сжатый воздух не разогревается до температуры, необходимой для воспламенения топлива.

Для решения этой проблемы производители изготавливают запальные свечи. Запальные свечи представляют собой питаемые от батареи электроотопители, которые включаются за несколько секунд до запуска двигателя.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно не проходит очистку, а потому представляет собой вязкую тяжелую жидкость, которая испаряется довольно медленно. Благодаря этим физическим свойствам дизельное топливо иногда называют дизельным маслом или мазутом.  В сервисных центрах и на заправках автомобили, работающие на дизельном топливе, часто называют дервами (от diesel-engined road vehicles).

В холодную погоду дизельное топливо быстро густеет или даже замерзает. Кроме того, в нем содержится небольшое количество воды, которая также может замерзнуть. Все виды топлива поглощают из атмосферы воду. Более того, она нередко проникает в подземные резервуары. Допустимое содержание воды в дизельном топливе — 0,00005-0,00006%, т.е. четверть стакана воды на 40 литров топлива.

Лед или водяная пробка может заблокировать топливопроводы и форсунки, что делает невозможной работу двигателя. Именно поэтому в холодную погоду можно увидеть водителей, которые пытаются подогреть топливопровод с помощью паяльника.

В качестве превентивной меры можно возить с собой дополнительный бак, однако современные производители уже добавляют в топливо примеси, которые позволяют использовать его при температуре выше -12-15°C.

Для бензиновых двигателей создали систему динамического пропуска зажигания

Delphi Technologies

Британская компания Delphi Technologies и американская Tula Technology разработали универсальную систему динамического пропуска зажигания для автомобильных бензиновых двигателей. Как пишет ArsTechninca, новая система может быть установлена практически на любой из уже существующих двигателей, причем стоимость такой переделки мотора будет относительно невысокой.

Во время работы современного бензинового автомобильного двигателя в его цилиндр подаются воздух и бензин, которые затем сжимаются с помощью поршня. Затем сжатая смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Горящая смесь образует расширяющиеся газы, которые толкают поршень. Этот цикл повторяется постоянно.

Иногда свечи зажигания могут пропускать зажигание, что для обычных бензиновых моторов считается неправильной работой и требует ремонта. Дело в том, что при пропуске поджига снижается мощность силовой установки и стабильность ее работы.

Тем не менее, существуют двигатели, устройство которых позволяет при необходимости «выключать» некоторые цилиндры. Например, восьмицилиндровый мотор LT1 компании General Motors при падении нагрузки ниже определенного значения может отключать четыре цилиндра, закрывая клапаны подачи топлива. Каждый раз отключаются одни и те же цилиндры, что уменьшает их износ по сравнению с остающимися работать.


Система, разработанная Delphi Technologies, получила название Dynamic Skip Fire (динамический пропуск зажигания). Она состоит из блока управления, приводов и набора датчиков. Во время работы двигателя эта система постоянно отслеживает нагрузку на мотор и параметры его работы, уровень шума и вибрации и на основе полученных данных вычисляет необходимые для отключения цилиндры.

Приводы блокируют открывание клапанов, а система управления отключает свечу в том или ином цилиндре. В целом, на двигателях V4 при трех тысячах оборотов система может отключать цилиндры до шести тысяч раз в минуту. При этом такие отключения производятся таким образом, чтобы двигатель мог выдавать полную мощность, если того требует водитель.

В целом, по оценке Delphi Technologies, новая система позволяет снизить выбросы углекислого газа на 7-15 процентов, а потребление топлива — на 10-20 процентов в зависимости от типа двигателя. Стоимость новой системы составляет 350 долларов.

В августе прошлого года японская автомобильная корпорация Mazda Motor представила новый двигатель внутреннего сгорания Skyactive-X. Его планируется начать устанавливать на автомобили с 2019 года. Силовая установка работает по дизельному циклу, но в качестве горючего использует бензин.

Дизельный двигатель отличается от бензинового тем, что в нем происходит самовоспламенение топлива при подаче в цилиндр с предварительно сжатым воздухом. Степень сжатия в цилиндрах даже тихоходного дизельного двигателя будет выше, чем в цилиндрах бензинового. Дизельный цикл считается более экономичным, чем бензиновый.

По оценке Mazda, новый двигатель Skyactive-X будет на 20-30 процентов экономичнее других бензиновых двигателей в линейке компании.

Василий Сычёв

Почему не заводится дизельный двигатель? Попробуем разобраться

Дизельный двигатель повсеместно используется в современном автомобилестроении. Главным же его конкурентом, как все знают, выступает, бензиновая схема внутреннего сгорания.

Вообще же, главное отличие бензинового движка от «дизеля» заключается в том, что цилиндры первого получают готовый к применению топливно-воздушный состав, в то время как во второй данные элементы подаются раздельно. Подобная схема подачи горючего помогает дизельным системам существенно выигрывать в мощности, затрачивая при этом меньшее количество топлива.

Но, как это водится, не бывает добра без худа. Многие технические эксперты считают дизельные двигатели гораздо более капризными, чем их бензиновые конкуренты. И, к сожалению, каждый владелец такого «нежного» двигателя рискует утром вместо привычного сочного звука проснувшегося мотора услышать лишь невнятный скрежет или мрачную тишину после проворота ключа в замке зажигания. Почему же так произошло? А вот сейчас и попробуем разобраться.

Существует несколько типичных неприятностей, которые с завидной регулярностью случаются с дизельными двигателями. Вот три из них:

Слышна неравномерная работа стартера. Система зажигания работает рывками и дизельный двигатель при этом «не схватывается» и не заводится

Скорее всего, прогноз не утешителен – порван ремень газораспределения. В таком состоянии автомобиль заводить категорически запрещено. Ведь чем больше будет бесплодных попыток «оживить» мотор, тем больше вероятность повредить внутренне устройство самого силового аппарата.

Стартер работает нормально, выделяется дым, но двигатель «не схватывается»

Если дыма нет, значит, нет и топлива в камере сгорания. Самая неопасная причина, которая только может быть в данном случае – это ошибочное срабатывание антиугонной системы. Но не стоит в таком случае беспечно махать рукой – ведь иногда после таких срабатываний может даже потребоваться ремонт ТНВД.  Если же этот вариант с противоугонной системной отпадает сразу, то необходимо обратить внимание на следующие участки силовой установки автомобиля: топливный фильтр (он может быть замусорен), топливопровод (а конкретно – его слабая герметичность), само топливо (и образование парафина в нем). Также при появлении вышеобозначенных признаков может потребоваться и ремонт форсунок.

Стартер работает исправно, появляется белесый дым, но двигатель не заводится

Такая ситуация говорит о том, что топливо в цилиндрах не воспламеняется или сгорает лишь частично. Но при этом, можно быть уверенным, что топливная система работает исправно. Чаще всего такое происходит из-за неисправностей свечей накаливания (они могут либо банально перегореть, либо перестать получать достаточный уровень напряжения). Также обратить внимание стоит и на правильную установку угла начала впрыска дизеля, ведь иногда в силу разных причин, ремень ТНВД может перескочить и сбить настройку системы. Ну и самое плохой диагноз, который можно ставить в данном случае – это низкий уровень компрессии в системе. А это уже, к сожалению, чревато «капиталкой».

Стартер не крутит

В случае если стартер не крутит, вам стоит проверить заряд аккумулятора и работоспособность стартера.

Что же могло послужить причиной столь неожиданного ухудшения в работе дизельного «пламенного сердца»?

Чаще всего, описанные выше неприятности возникают из-за непрофессионального обслуживания и пренебрежительного отношения к автомобилям. Самое главное правило, которое настоятельно рекомендуется выполнять всем владельцам подержанных дизельных автомобилей на территории СНГ – это замена моторного масла спустя 7000-8000 км.

При этом технические специалисты рекомендует не слишком-то смотреть на рекомендации производителя. Ведь в них не учитываются особенности нашего топлива, в котором уже неоднозначно было отмечено повышенное содержание серы, которая без вариантов приводит к более раннему окислению смазочных материалов. Такая химическая реакция приводит к тому, что масло теряет большинства своих полезных и защитных свойств.

Также стоит лишний раз сказать о том, что чинить автомобиль (а особенно его топливную систему!) лучше всего в специализированных сервисах. В таких, как «Слобода Дизель Сервис». Ведь это одно из немногих СТО, которое ДЕЙСТВИТЕЛЬНО специализируется на ремонте дизельных автомобилей и знает о них буквально все.

Дизельный двигатель

В последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами. Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, продаваемых в Европе. Густой черный дым из выхлопной трубы, громкое тарахтение и неприятный запах остались далеко в прошлом. Дизельные моторы сегодня – это не только экономичность, но также высокая мощность и достойные динамические характеристики.

Современный дизель стал тихим и экологически чистым. Как же удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели? Рассмотрим все по порядку…

Содержание статьи

Принцип работы

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового – те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте.

В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре – отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

Конструкция

Особенности

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки – ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.

Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода.

Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Поршни и свечи дизеля

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

Камеры сгорания дизельного двигателя

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в
цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Системы питания

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название – рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима.

Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо – воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом.

В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как “волновое гидравлическое давление”. При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, “бегающие” по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

Насос-форсунка дизельного двигателя

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок – высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля.

Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала – “турбоямы”. Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха – интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения “высотности” двигателя – в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Как работает дизельный двигатель

Традиционно, дизельные двигатели всегда считались шумными, вонючими и слабый двигатели мало пользы, кроме грузовиков, такси и фургонов. Но дизельные двигатели и управление их системой впрыска стали более совершенными, В 80-е годы эта ситуация изменилась. В Великобритании в 1985 г. было почти Продано 65000 дизельных автомобилей (около 3,5% от общего количества проданных автомобилей), по сравнению с 5380 в 1980 году.

Двигатель воспламенения от сжатия

Многие автомобильные дизели основаны на существующих конструкциях бензиновых двигателей, но основные компоненты усилены, чтобы выдерживать повышенное давление.Топливо подается от ТНВД и дозатора, которые обычно устанавливаются сбоку от блока цилиндров. Никакой системы электрического зажигания не требуется.

Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми двигателями является их меньшая эксплуатационные расходы. Отчасти это связано с большей эффективностью высоких коэффициент сжатия дизельный двигатель и отчасти из-за более низкой цены на дизель топливо — хотя разница в цене варьируется, поэтому преимущество использования дизельный автомобиль будет немного дешевле, если вы живете в районе с высокими ценами. дизельное топливо Межсервисные интервалы тоже часто бывают длиннее, но многие дизельные модели требуют более частой замены масла, чем их бензиновые аналоги.

Повышение мощности

Главный недостаток дизельного автомобиля — его более низкая производительность по сравнению с бензиновые двигатели эквивалентной мощности. Один из способов решения проблемы — просто увеличить размер двигателя, но это часто приводит к значительному увеличению веса. Некоторые производители добавляют турбокомпрессоры к их двигателям, чтобы заставить их конкурентоспособные с точки зрения производительности; Среди них Rover, Mercedes, Audi и VW. производители турбодизелей.

Как работают дизельные двигатели

Индукция

Когда поршень начинает двигаться вниз по каналу, впускной клапан открывается и всасывается воздух.

Сжатие

Впускной клапан закрывается в конце хода. Поршень поднимается для сжатия воздуха.

Зажигание

Топливо впрыскивается в верхней части хода.Он воспламеняется и заставляет поршень опускаться.

Выхлоп

При движении поршня вверх выпускной клапан открывается, и сгоревший газ выходит.

Дизельный двигатель работает иначе, чем бензиновый, даже если они общие основные компоненты, и оба работают на четырехтактном цикл . Главный различия заключаются в способе воспламенения топлива и в способе выработки мощности. регулируется.

В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняется от Искра .В дизеле двигатель, зажигание достигается сжатие одного воздуха. Типичное сжатие соотношение для дизельного двигателя это 20: 1 по сравнению с 9: 1 для бензинового двигателя. При таком сильном сжатии воздух нагревается до температуры, достаточно высокой, чтобы зажигать топливо самопроизвольно, без искры и, следовательно, система зажигания.

Бензиновый двигатель всасывает переменное количество воздуха за одно всасывание. Инсульт , то точное количество в зависимости от открытия дроссельной заслонки. С другой стороны, дизельный двигатель. рука всегда втягивает одинаковое количество воздуха (при каждой частоте вращения двигателя) через нерегулируемый впускной тракт, который открывается и закрывается только впуском клапан (нет ни карбюратор ни дроссельной заслонки).

Когда поршень достигает эффективного конца своего индукция ход, впуск клапан закрывается. Поршень, приводимый в движение силой других поршней и импульс маховик , перемещается на вершину цилиндр , сжимая воздух примерно в двадцатую часть от первоначального объем .

Когда поршень достигает максимума своего хода, точно отмеренное количество дизельное топливо впрыскивается в камера сгорания . Тепло от сжатия немедленно воспламеняет топливно-воздушную смесь, вызывая ее возгорание и расширение.Этот силы поршень вниз, поворачивая коленчатый вал .

По мере продвижения поршня вверх цилиндр на ход выхлопа , выпускной клапан открывается и позволяет сгоревшим и расширенным газам проходить вниз по выхлопная труба . В конце такта выпуска цилиндр готов к новому обвинение из воздуха.

Конструкция двигателя

Основные компоненты дизельного двигателя похожи на компоненты бензинового двигателя. и выполнять ту же работу. Однако деталей дизельного двигателя приходится производить много сильнее, чем их аналоги с бензиновым двигателем, из-за гораздо более высоких нагрузок вовлеченный.

Стены дизеля Блок двигателя обычно намного толще блока разработаны для бензинового двигателя, и у них есть больше перемычек, чтобы обеспечить дополнительные прочность и способность поглощать стрессы. Помимо большей прочности, сверхмощный block также может более эффективно снижать шум.

Поршни, шатуны , коленчатые валы и несущий шапки должны быть сделаны сильнее, чем их аналоги с бензиновым двигателем. В крышка цилиндра дизайн должен сильно отличаться из-за топливные форсунки а также из-за формы своего горение и вихревые камеры.

Инъекция

Прямой впрыск

Прямой впрыск означает, что топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания в верхней части днища поршня. Форма камеры лучше, но труднее заставить топливо правильно смешиваться с воздухом и гореть без резкого, характерного дизельного «стука».

Для любого двигатель внутреннего сгорания для бесперебойной и эффективной работы топливо и воздух необходимо тщательно перемешать.Проблемы смешения топлива и воздуха являются особенно хорош в дизельном двигателе, где воздух и топливо вводятся на разное время в течение цикла и должны перемешиваться внутри цилиндров.

Существует два основных подхода: прямой и непрямой впрыск. Традиционно использовалась непрямая инъекция, потому что это самый простой способ введения турбулентность так что впрыскиваемый топливный спрей хорошо смешивается с сжатый воздух в камере сгорания.

В двигателе с непрямым впрыском имеется небольшая спиральная вихревая камера (также называется камерой предварительного сгорания), в которую инжектор впрыскивает топливо прежде, чем он достигнет самой основной камеры сгорания.Вихревая камера создает турбулентность в топливе, чтобы оно лучше смешивалось с воздухом при горении камера.

Недостатком этой системы является то, что вихревая камера эффективно становится часть камеры сгорания. Это означает, что камера сгорания как все имеет неправильную форму, что вызывает проблемы с горением и затрудняет эффективность.

Прямой впрыск

Непрямой впрыск

Непрямой впрыск означает, что топливо впрыскивается в небольшую камеру предварительного сгорания.Это ведет к основной камере сгорания. Такая конструкция нарушает идеальную форму камеры сгорания.

Двигатель с прямым впрыском не имеет вихревой камеры, в которую подается топливо. впрыскивается — топливо попадает прямо в камеру сгорания. Инженеры должны очень внимательно относиться к конструкции камеры сгорания. в головке поршня, чтобы обеспечить достаточную турбулентность.

Контроль скорости

Свечи накаливания

Для предварительного нагрева головки цилиндров и блока цилиндров перед холодным запуском в дизельном топливе используются свечи накаливания.Они выглядят как короткие короткие свечи зажигания и подключены к электрической системе автомобиля. При подаче питания элементы внутри очень быстро нагреваются. Свечи накаливания активируются либо вспомогательным положением переключателя на рулевой колонке, либо отдельным переключателем. На последних моделях они автоматически отключаются, когда двигатель запускается и разгоняется до скорости выше холостого хода.

Дизельный двигатель не дросселируется, как бензиновый двигатель, поэтому количество воздуха всасывается при любой частоте вращения двигателя всегда одинаково.Обороты двигателя регулируется исключительно количеством топлива, впрыснутого в камеру сгорания — с большим количеством топлива в камере сгорание более ожесточенное и увеличивается мощность произведен.

ускоритель педаль соединена с дозатором двигателя система впрыска, а не дроссельная заслонка, как у бензинового двигатель.

Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо выключить ключ зажигания, а чем отсечение искр, это закрывает электрический соленоид что отсекает подача топлива на форсунку насос узла учета и распределения топлива.В этом случае двигателю необходимо использовать небольшое количество топлива, прежде чем он начнет работать. остановка. Фактически, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые. потому что гораздо более сильное сжатие оказывает большее замедляющее действие на двигатель.

Запуск дизеля

Как и в случае с бензиновыми двигателями, дизельные двигатели запускаются включением электрический мотор , с которого начинается воспламенение от сжатия цикл. Когда холодно, однако дизельные двигатели сложно запустить просто потому, что.сжатие воздух не приводит к температуре, достаточно высокой для воспламенения топлива.

Чтобы обойти проблему, производители соответствовать свечи накаливания . Это маленькие электронагреватели, питаемые от автомобильной аккумулятор , которые включены несколько секунд до попытки запуска двигателя.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. это немного менее очищенный, в результате получается более тяжелый, более вязкий и менее летучий жидкость .Эти физические характеристики часто приводят к тому, что именуется «дизельное топливо» или «мазут». На дизельных насосах в гараже АЗС его часто называют «дерв», сокращенно от «дорога с дизельным двигателем». транспортных средств.

Дизельное топливо может немного затвердеть или даже затвердеть на очень холоде. Погода. Это усугубляется тем фактом, что он может поглощать очень маленькие количество воды, которая может замерзнуть. Все виды топлива поглощают крошечные количества вода из атмосферы и утечка в подземные резервуары довольно часто.Дизельное топливо выдерживает содержание воды до 50 или 60. частей на миллион без проблем — чтобы представить это в перспективе, это примерно четверть кружки воды на каждые десять галлонов топлива.

Замерзание или восковая депиляция могут блокировать топливные магистрали и форсунки и предотвратить двигатель не работает. Вот почему в очень холодную погоду вы будете время от времени можно увидеть людей, играющих с паяльными лампами на топливных магистралях своих грузовиков.

Как работает система зажигания внутреннего сгорания

Тепло инициирует процесс внутреннего сгорания.Дизельные двигатели используют повышение температуры от чрезвычайно высокого сжатия (давления) для воспламенения топливовоздушной смеси с небольшой помощью свечей накаливания при холодном запуске. Но более летучие виды топлива, такие как бензин, требуют искры, чтобы зажечь огонь. Эта электрически производимая форма тепла является основой системы зажигания.

Искра зажигания — это прохождение электрического тока высокого напряжения через воздушный зазор свечи зажигания. Производство этого тока основано на теории электромагнитной индукции.Проще говоря, перемещение магнитного поля по проводнику (катушке с проволокой) индуцирует электричество.

Посмотреть все 5 фотографий

Катушка зажигания — это то место, где все это собрано с использованием двух катушек проволоки, намотанных вокруг железного сердечника. «Первичная» обмотка состоит из меньшего количества обмоток из проволоки большего сечения, тогда как «Вторичная» использует намного больше обмоток из проволоки меньшего диаметра. Обе катушки электрически изолированы друг от друга.

Первичная катушка — это то, где 12 В от батареи подается при включенном зажигании, а заземление другого конца замыкает цепь.Земля открывается и закрывается транзистором (или точками зажигания) одновременно с положением поршня. Мы поговорим об этом позже.

Резисторы используются для ограничения силы тока в первичной катушке, а конденсатор (конденсатор) используется для временного хранения энергии. Считайте напряжение электрическим давлением, а ток (в амперах) — объемом электрического потока. Искра зажигания может достигать диапазона 50 000 В при перепрыгивании через промежуток свечи зажигания, в то время как сила тока относительно низкая и менее резкая для компонентов системы зажигания.

Давай запустим. На первичную катушку подается напряжение 12 В от источника зажигания и она заземляется через транзистор (твердотельные точки). Напряжение нарастает, и первичная обмотка становится электромагнитом. Когда цепь быстро размыкается (размыкается) транзистором, магнитное поле схлопывается и захватывает вторичные обмотки. Мощное приложение магнитного поля вызывает выброс высокого напряжения во вторичных обмотках. Через хорошо изолированный провод (провода вилки и т. Д.) Ток высокого напряжения проходит от вторичной обмотки и перескакивает через искровой промежуток.Это воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к сгоранию, рабочему такту и так далее.

Посмотреть все 5 фотографий

Очень похожая система зажигания была разработана с использованием магнето до того, как стали доступны годные к эксплуатации аккумуляторы и системы зарядки. Принципы наведения напряжения от первичной обмотки ко вторичной такие же. Однако источником напряжения первичной катушки является постоянный магнит. Магнит вручную поворачивается поперек и индуцирует электричество в первичных обмотках, а с помощью прерывателя цепь размыкается.Коллапсирующее электромагнитное поле индуцирует напряжение на вторичной обмотке и снова вызывает искру на свече.

Магниты были и остаются надежным источником воспламенения, поскольку не требуют внешнего источника электричества — батареи не требуются. Каждый раз, когда вы запускаете мотоцикл или газонокосилку, вы пользуетесь зажигательным магнето.

Просмотреть все 5 фото

Распределители системы зажигания эволюционировали и со временем заменялись.Распределитель с крышкой распределителя наверху и изолированными проводами свечей зажигания, прикрепленными к каждой клемме, соединяется с распределительным валом четырехтактного двигателя или приводится в действие им. Это позволяет ему распределять искру по свечам вовремя, когда каждый поршень приближается к верхней мертвой точке своего хода сжатия.

Первоначально использовались точки зажигания. Точки — это просто пара электрических контактов, которые перемещаются по кулачку, прикрепленному к валу распределителя. Кулачок имеет верхнюю и нижнюю точки (4 на 4 цилиндре, 6 на 6 и т. Д.). В нижних точках кулачка контакты замыкаются, запитывая первичную обмотку катушки зажигания. Подойдя к высоким точкам, контакты размыкаются, разрушают первичное магнитное поле, индуцируют напряжение на вторичных обмотках, и возникает искра.

Большинство используют внешнюю катушку зажигания (некоторые внутри крышки). Искра проходит через изолированный провод катушки к центральному выводу крышки распределителя. Здесь искра касается центра ротора распределителя. Ротор вращается на верхней части вала распределителя и проходит от центра наружу к клеммам провода свечи зажигания каждого цилиндра.Таким образом он подает искру в нужное время в каждый цилиндр.

Вал распределителя и ротор вращаются по или против часовой стрелки, в зависимости от области применения. Однако все провода свечей зажигания должны быть подключены к правильным клеммам на крышке в правильном порядке зажигания. На малоблочном двигателе Chevy порядок включения 1-8-4-3-6-5-7-2.

Электронное зажигание означает замену контактных точек на транзистор для размыкания и замыкания цепи первичной катушки. Транзистор — это просто переключатель включения / выключения с электрическим питанием без движущихся частей, расположенный внутри модуля управления зажиганием.Кулачок распределителя, открывающий и закрывающий точки зажигания, заменяется зубчатым (или зубчатым) реактивным колесом, которое запускает (чаще всего) переключатель на эффекте Холла или приемную катушку. Зубцы реактора прерывают магнитное поле на датчике и создают электронный импульс. Большим преимуществом было устранение ненадежности и необходимость технического обслуживания точек, а также более точный контроль напряжения первичной обмотки и времени зажигания.

Система зажигания без распределителя (DIS)

Посмотреть все 5 фото

Сегодняшние серийные легковые и грузовые автомобили полностью отошли от дистрибьюторов.Вместо этого, подобно переключателю на эффекте Холла электронного зажигания, датчики положения коленчатого и распределительного валов используются для определения частоты вращения двигателя и положения распределительного вала. Это также дает PCM возможность устанавливать диагностический код неисправности, отражающий изношенную цепь привода ГРМ или скачок зуба на ремне привода ГРМ. Датчик положения коленчатого вала также может обнаруживать пропуски зажигания в двигателе по изменению частоты вращения коленчатого вала.

PCM получает все необходимые данные для расчета угла опережения зажигания и последовательно управляет независимыми катушками зажигания.Конфигурация «катушка на свече» исключает необходимость использования проводов для свечей зажигания, требующих особого обслуживания. Некоторые системы катушки на вилке управляют цепью заземления первичной катушки с помощью транзистора (драйвера), встроенного в PCM, в то время как другие включают модуль зажигания с каждым узлом катушки: PCM отправляет командный сигнал, и транзистор в модуле зажигания открывается / замыкает первичный контур.

До того, как были введены системы «катушка на вилке», некоторые производители использовали блоки катушек. Принципы работы были в основном те же, катушки управлялись PCM без распределителя, но сгруппированы вместе, а провода для свечей зажигания по-прежнему требовались.В этих пакетах катушек часто использовалась одна катушка для двух цилиндров, которые зажигали отработанную искру во время такта выпуска на неработающем цилиндре. Блоки катушек по-прежнему используются в двигателях, в которых расположение свечей зажигания нецелесообразно.

Синхронизация — это момент срабатывания свечи зажигания относительно положения каждого поршня на его такте сжатия. Это определяется в градусах BTDC (перед верхней мертвой точкой) или ATDC (после верхней мертвой точки). Время зажигания имеет решающее значение для работы двигателя.Обычно время продвигается вперед (BTDC). Когда воздушно-топливная смесь воспламеняется, требуется время, чтобы процесс сгорания завершил горение и полностью расширился в камере сгорания. Таким образом, важно рассчитать время зажигания до ВМТ, когда камера сгорания имеет свой минимальный размер и самое высокое давление. Это помогает обеспечить максимальное усилие, перемещающее поршень вниз во время рабочего хода.

Чрезмерная задержка опережения зажигания (меньшее опережение) может вызвать недостаток мощности, снижение расхода топлива и высокие температуры сгорания.Слишком большое продвижение может привести к детонации и повреждению двигателя. Детонация возникает, когда искра настолько далеко продвинулась до ВМТ, что сгорание пытается переместить поршень назад (вниз) на такте сжатия, в отличие от ВМТП на рабочем такте.

Что такое воспламенение от сжатия?

Концепция воспламенения от сжатия включает использование скрытой теплоты, создаваемой сильным сжатием воздуха внутри камеры сгорания, в качестве средства воспламенения топлива. Процесс включает сжатие заряда воздуха внутри камеры сгорания до соотношения примерно 21: 1 (по сравнению с примерно 9: 1 для системы искрового зажигания).

Этот высокий уровень сжатия создает огромное тепло и давление внутри камеры сгорания, когда топливо загружается для доставки. Форсунка, подключенная к камере сгорания, распыляет туман точно отмеренного топлива в горячий сжатый воздух, после чего он взрывается контролируемым взрывом, который поворачивает вращающуюся массу внутри двигателя.

Воспламенение от сжатия также обычно называют дизельным двигателем, в основном потому, что оно является основным элементом дизельного зажигания.Для запуска бензина требуется искровое зажигание, но дизельное топливо можно запустить с помощью этого альтернативного средства зажигания.

Преимущества

Наряду с добавленной пусковой мощностью более сильного воспламенения от сжатия, общий износ двигателя значительно меньше, чем у бензинового двигателя, что означает меньшие затраты на техническое обслуживание и уход за вашим дизельным автомобилем. Поскольку искрового зажигания нет, отсутствие свечей зажигания или искровых проводов означает также меньшие затраты в этом отделе.Они также более эффективны, чем газовые двигатели, в преобразовании топлива в энергию, что приводит к большей экономии топлива.

Поскольку дизельное топливо также горит холоднее, чем бензин, агрегаты, работающие с воспламенением от сжатия, как правило, имеют более длительный срок службы, чем агрегаты, работающие с искровым зажиганием и бензином. В целом это делает двигатель более прочным и надежным, чем газовые модели. Если что-то пойдет не так с дизельным двигателем, то это не будет воспламенение от сжатия — по крайней мере, надолго. Это не относится к свечам зажигания и проводам, которые в бензиновых двигателях часто необходимо заменять, что приводит к невозможности запуска автомобиля.

Обычное использование

Воспламенение от сжатия обычно используется в генераторах энергии, а также в мобильных приводах и механических двигателях. Этот тип двигателя, который чаще всего встречается в дизельных грузовиках, поездах и строительной технике, можно найти практически во всех отраслях промышленности. В больницах и шахтах воспламенение от сжатия действует как резервный и основной источник энергии для большей части современного мира.

Скорее всего, если вы когда-либо были в снежной буре, которая отключила электроэнергию и тепло, вы, вероятно, использовали двигатель с воспламенением от сжатия для запуска резервного генератора.Даже пищу, которую вы едите, часто доставляют сюда на грузовых или грузовых судах с воспламенением от сжатия. Почта, которую вы получаете FedEx и UPS, также работает на дизельных двигателях!

Услуги общественного транспорта, такие как автобусы и некоторые городские поезда, также используют дизельное топливо для работы своих двигателей, что приводит к долгосрочной экономии топлива и меньшему количеству отходов. Однако многие города и производители автомобилей начали переходить на электрические двигатели, чтобы еще больше сократить потери энергии и потребление топлива. Тем не менее, когда питание отключено, вы всегда можете положиться на эффективность воспламенения от сжатия, чтобы снова запустить генератор и снова включить свет.

Technik — MWI Micro Wave Ignition AG

Die Technologie stellt ein mikrowellenbasiertes Raumzündverfahren dar, welches in allen Verbrennungskraftmaschinen, die mit flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff versorgt werden, verwendbar ist. Дизель-, Керосин-, Алкоголь-, Бензинтрейбстоффе, как регенеративный крафтстоффе с E-Fuel и Blue Diesel kommen во Фраге.

Mit der Technik des MWI-Raumzündverfahrens können innermotorisch neueste EU-Vorgaben in puncto Verbrauch und Schadstoffreduktion erfüllt werden.

Ein großer Vorteil der MWI-Technologie liegt darin, dass die bisherigen Motorkonstruktionen nicht verändert, sondern lediglich das Zündsystem ausgetauscht werden muss.

Die Vorteile der MWI-Technologie in der Zusammenfassung:

drastische Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
(Theoretisch bis zu 30% erreichbar) bei gleich bleibender Motorleistung. Derzeit werden bei ersten Versuchsreihen, unterschiedlichsten Betriebspunkten, eine Reduzierung von 13-20% gemessen, wobei das Optimierungspotential noch nicht ausgeschöpft ist.

hoher Rückgang der Schadstoffemission
Senkung schädlicher Emissionen im signifikant zweistelligen Prozentbereich durch sicheren Motorbetrieb in optimierten Kennfeldbereichen (z.B. NOX, CO, CO2, HC и PM). Es liegen aktuell (2018) noch keine verifizierte Messergebnisse zu den Schadstoffen vor, jedoch ist bei einer Kraftstoffreduzierung von beispielsweise 15% auch von einer CO 2 -Reduktion von 15% auszugehen. Genauso ist von einer Reduktion von CO auszugehen, da bei der Kraftstoffreduzierung abgemagert wird und folglich bei der Verbrennung eine höhere Sauerstoffkonzentration vorliegt.Die Verbrennungstemperan sind zwischen 60 K и 120 K vergleichsweise kälter als bei der Funkenzündung. Mit der Reduzierung der Verbrennungstemperatur ist weiterhin von einer Reduzierung des thermischen NOx auszugehen.

.

Технология плазменного зажигания увеличивает мощность двигателя

Может ли регенерация сажевого фильтра (DPF) уйти в прошлое? Стартап из Южной Калифорнии, привлекающий внимание производителей оригинального оборудования, считает, что это возможно.

Последние несколько лет в Торрансе, Калифорния, Transient Plasma Systems (TPS) незаметно разрабатывает систему нейтрализации выхлопных газов для дизелей и систему зажигания для двигателей, работающих на природном газе и бензине. Оба используют мощь низкотемпературной переходной плазмы для впечатляющего прироста производительности.

Система устранения кратковременных выбросов плазмы может снизить выбросы NOx до 80%, а частицы дизельного топлива — до 85%. Регенерация DPF не требуется.

Для дизельных двигателей система устранения переходных плазменных выбросов может снизить выбросы NOx до 80% при сокращении твердых частиц дизельного топлива до 85% без необходимости регенерации, заявили в компании.

«Технология довольно проста, и это то, что мы видим как одно из ценностных предложений для дизельного топлива», — сказал Дэн Синглтон, соучредитель и главный исполнительный директор TPS. «Это все равно, что протянуть гитарную струну или провод к центру выхлопной трубы, где мы применяем нашу технологию и там производится плазма».

В дополнение к сокращению вредных выбросов система увеличивает поток выхлопных газов, что означает более высокую производительность.

«Вы можете рассматривать это как замену секции выхлопной трубы», — сказал Синглтон.«У него не так много препятствий. По сути, это снизит противодавление по сравнению с тем, что в настоящее время используется для удаления твердых частиц из сажевого фильтра. Он не потребует регенерации, как дизельный сажевый фильтр, что вызывает некоторые проблемы как у водителя, так и у управляющих ими компаний ».

Испытания показали, что за счет оптимизации системы плазменных выбросов TPS она может соответствовать требованиям CARB по выбросам твердых частиц для 2,2-литрового дизельного двигателя без использования DPF или DOC.Система выброса дизельных двигателей

Transient состоит из плазменного силового модуля, реактора и электрода. Система может быть изменена для получения более желаемых результатов. Длину и диаметр реактора, а также количество электронов можно изменить, чтобы обеспечить более эффективный контроль выбросов.

Требования к мощности для системы относительно низкие и составляют менее 300 Вт или около 1,6% мощности двигателя. Осмотр и обслуживание этой высокотехнологичной системы выхлопа призваны стать шагом вперед по сравнению с обычным сажевым фильтром.

«Ожидается, что при использовании для снижения содержания твердых частиц в дизельном топливе система TPS потребует меньшего обслуживания, чем существующие фильтры для твердых частиц, а когда система TPS используется для снижения выбросов NOx, она может увеличить срок службы катализатора окисления дизельного топлива (DOC) за счет снижения рабочая температура », — сказал Синглтон.

Хотя система еще не проходила дорожных испытаний, результаты лабораторных исследований были многообещающими. 2,2-литровый дизельный двигатель, соответствующий строгим нормам Tier 4, установленным Агентством по охране окружающей среды США, был протестирован с системами выбросов TPS, что привело к снижению содержания твердых частиц в дизельном топливе на 80% (правила California Air Resources Board даже более строгие, чем Tier 4, требующие Сокращение на 85%) без необходимости использования традиционных устройств контроля выбросов, таких как DPF или DOC.Результаты были получены только при 1,6% мощности двигателя, и компания TPS считает, что ее система может удовлетворить или превзойти требования по выбросу твердых частиц CARB для 2,2-литрового дизельного двигателя за счет оптимизации системы.

«Часть выбросов улавливается, а часть превращается в менее вредные вещества», — сказал Синглтон. «Он не устраняет полностью все вредные выбросы (такие как NOx), поэтому вам все равно может понадобиться DOC».

TPS надеется начать дорожные испытания своей системы выброса дизельных двигателей в следующем году.

Время решает все

В продолжающейся гонке за снижение выбросов и повышение экономии топлива компания TPS сосредоточена на выводе своей системы плазменного зажигания первой на рынок, что может означать начало конца вековой технологии свечей зажигания.

Испытания в Аргоннской национальной лаборатории показали впечатляющие результаты на двигателе Cummins Westport ISX12N, работающем на природном газе.

Джейсон Сандерс, соучредитель и главный научный сотрудник TPS, назвал это испытание «важной вехой в развитии нашей технологии зажигания наносекундной импульсной плазмой».Наша технология зажигания значительно снижает расход топлива в двигателях внутреннего сгорания, и это можно сделать с помощью простого в реализации решения, не требующего переделки двигателя ».

Система зажигания TPS не требует изменения конструкции двигателя. Он спроектирован как переходник, чтобы заменить обычное зажигание.

В заявлении для CCJ компания Cummins сообщила, что «ожидается, что эта технология также снизит износ электродов традиционных искровых систем, что приведет к снижению затрат на техническое обслуживание, связанных с заменой свечей зажигания.

«Cummins продолжает следить за прогрессом в различных проектах TPS, финансируемых Министерством энергетики США, для совершенствования технологии и решения существующих проблем, характерных для двигателей с искровым зажиганием с высоким BMEP», — говорится в заявлении.

По словам Синглтона, дооснащение двигателя относительно простым делом. Свечи зажигания заменяются более мощными плазменными свечами, каждая из которых подключается к модулю зажигания, который подключен к источнику питания, управляемому электронным блоком управления (ЭБУ).Двигатель настроен на максимальную производительность, выходящую за пределы возможностей обычных свечей зажигания во время сгорания.

«Та же самая технология зажигания, которая существует так долго, на пределе возможностей для разбавления смеси, которую вы можете зажечь», — сказал Синглтон. «Cummins Westport использует рециркуляцию выхлопных газов (EGR) для снижения выбросов и повышения эффективности, но мы можем увеличить количество EGR, которое вы можете добавить в этот двигатель, за пределы возможностей традиционного искрового зажигания. Вот где мы получаем повышение эффективности и сокращение выбросов.”

По мере того, как при сгорании расходуется больше выхлопных газов, уменьшаются выбросы вместе с экономией топлива.

По данным TPS, технология зарекомендовала себя более чем в двух десятках испытаний с несколькими производителями оригинального оборудования. Помимо испытаний в Аргонне, система также прошла испытания в национальных лабораториях Сандиа.

Испытания показывают, что плазменные свечи обеспечивают более высокую степень сжатия, повышенную удельную теплоемкость, более быстрое сгорание, улучшенную синхронизацию сгорания, повышенную стойкость к детонации, уменьшенные потери теплопередачи и уменьшенные насосные потери.Все эти характеристики позволяют снизить выбросы, повысить экономию топлива и увеличить мощность.

Но сколь бы многообещающей ни была технология плазменного зажигания TPS для всех двигателей с искровым зажиганием, она изначально продается для двигателей, работающих на природном газе, в грузовых автомобилях большой грузоподъемности. Такие двигатели, как ISX12N, используются в грузовиках класса 8, поэтому долговечность системы не является проблемой.

Переходная система плазменного зажигания сжигает больше выхлопных газов, что увеличивает топливную эффективность и эффективность выбросов.

«Мы провели несколько ускоренных испытаний на срок службы, чтобы попытаться выявить любые потенциальные недостатки в технологии», — сказал Синглтон.«Он основан на твердотельной электронике, которая чрезвычайно надежна. Мы надеемся, что там преуспеем. Вот почему мы сосредоточились на стороне сверхмощного газа, потому что мы считаем, что, если он будет подтвержден в этих жестких условиях, то это будет гораздо более удобная концепция для производителей бензина. Мы не ожидаем здесь каких-либо серьезных препятствий ».

Поскольку интерес автопарка к полностью электрическим грузовикам и грузовикам на топливных элементах продолжает расти, компания TPS считает, что эти интересные альтернативы еще не совсем готовы к использованию в прайм-тайм.

«Как и все остальные, мы тоже в восторге от электричества», — сказал Синглтон. «Я инженер по образованию, но я всегда очень практичен в том, что можно сделать, и, как бы увлекательно ни было электричество, прямого пути к повсеместному распространению электромобилей нет. Это просто не произойдет так быстро. Согласно самым реалистичным прогнозам, даже к 2030 году темпы внедрения не будут такими высокими. Сегодня у нас всего 2% электромобилей.

«Посмотрите, сколько времени потребовалось гибридам, чтобы занять большую долю рынка, и это гораздо более простая и легкая в использовании технология, не требующая новой инфраструктуры или чего-то подобного», — продолжил Синглтон.«А пока мы загрязняем гораздо больше, чем нам нужно, выбросами CO2 и NOx, поэтому нам действительно нужен следующий эволюционный шаг перед повсеместным распространением электромобилей. Именно здесь мы видим, как эта технология вступает в игру. Мы знаем, что это работает. Мы сейчас демонстрируем, что в коммерческой форме он может быть быстрее и доступен в качестве решения, позволяющего снизить выбросы и повысить экономию топлива для потребителей ».

Знакомство с переходной плазмой

Демонстрация стола плазменной резки от MaverickCNC на выставке SEMA в 2018 году привлекла множество посетителей.Люди были очарованы автоматическим резаком, поскольку он осторожно перемещал чрезвычайно горячий, электрически ионизированный газ, чтобы разрезать металлическую пластину.

Также довольно завораживает просмотр плагина Transient в их демонстрационном видео, хотя он использует другой, буквально гораздо более холодный тип плазмы. Переходная плазма получила свое название от состояния энергии. Плазма управляется чрезвычайно короткими и интенсивными импульсами до такой степени, что она не может стать горячей и разрушительной. Следовательно, он находится в переходном состоянии, где его можно использовать для сжигания и контроля выбросов.

Переходные импульсы зажигания плазмы распространяются на 3000 быстрее, чем молния.

«Переходные плазменные системы устраняют риски возникновения дуги и термической нестабильности, обеспечивая универсальную работу в широком диапазоне амплитуд импульсов, частоты повторения импульсов и скоростей потока газа», — сообщает Transient на своем веб-сайте.

Наблюдение за работой плазменной свечи Transient сродни наблюдению за усиленной и усовершенствованной катушкой Тесла. Можно увидеть крошечные пурпурные плазменные нити, исходящие от центрального электрода к земле.

Но, в отличие от катушки Тесла, их пути не меняются, а вместо этого проходят как лазер от центрального электрода к земле. Transient объясняет на своем веб-сайте некоторые технологии, лежащие в основе этого светового шоу: «Технология наносекундной импульсной мощности плазмы (N3P) использовала невероятно быстрые и точно контролируемые всплески плазмы, которые создают высокую пиковую мощность, превышающую 4 локомотива, с импульсами низкой энергии в 3000 раз быстрее, чем заряд молнии.»

Ни системы зажигания, ни выхлопные системы, производимые TPS, не требуют дополнительной энергии, кроме обычной 12-вольтовой системы автомобиля.Системы также не требуют изменений в архитектуре движка.

MAHLE Силовой агрегат | MAHLE Jet Ignition

Система MAHLE Jet Ignition® имеет небольшую камеру зажигания, в которой находится обычная свеча зажигания, которая соединена с основной камерой несколькими небольшими отверстиями, которые создают быстро движущиеся струи частично сгоревших продуктов, которые воспламеняют основной заряд. . Эти струи горячего газа проникают глубоко в основную камеру сгорания, создавая эффект распределенного воспламенения.При использовании 4-8 форсунок зажигания, в зависимости от области применения, основной заряд воспламеняется в нескольких местах, что приводит к быстрому и стабильному сгоранию. Характеристики системы предлагают дополнительные преимущества как за счет способности воспламенять разбавленные смеси, так и за счет снижения требований к высоким уровням движения заряда, вызванного портом.

В обеих конфигурациях основная камера заправляется топливом через обычный порт или инжектор с прямым впрыском. В «пассивной» конфигурации это единственный источник топлива, что делает эту конструкцию пригодной для использования в приложениях с λ = 1, при этом разбавление обеспечивается за счет добавления рециркуляции выхлопных газов (EGR).Эта система совместима с обычными системами нейтрализации бензина. В «активной» конфигурации в узел форкамеры встроен 2-й прямой инжектор с низким расходом. Это позволяет точно и независимо регулировать подачу топлива как в форкамеру, так и в основной камере, обеспечивая гомогенное сверхбедное сгорание в современных бензиновых двигателях, где смеси с бедностью λ = 2 могут воспламеняться при сохранении стабильности.

Помимо работы над клиентскими приложениями для обеих систем, продолжаются внутренние исследования с использованием версий нашей собственной 1.5-литровый 3-цилиндровый демонстрационный двигатель. На этом двигателе пассивная система зажигания MAHLE Jet Ignition®, которая, как правило, может быть упакована в один корпус с традиционной установкой свечи зажигания M12, продемонстрировала способность работать на всей карте как для первичных двигателей, так и для специализированных гибридных двигателей. Благодаря сочетанию пассивного зажигания MAHLE Jet Ignition®, очень высокой геометрической степени сжатия, впрыска топлива в порт, работы по циклу Миллера и системы рециркуляции ОГ при низком давлении была продемонстрирована тепловая эффективность тормозов более 41%.

В конфигурации Active MAHLE Jet Ignition® значительная экономия топлива достигается за счет более высокого, почти сравнимого с дизельным КПД. Испытания двигателя показали удельный расход ниже 200 г / кВтч и соответствующее снижение выбросов CO 2 . Это эквивалентно текущему пиковому уровню заушных слуховых аппаратов в 43%, с планом работы, запланированным для достижения заушных слуховых аппаратов> 45%. Помимо повышения эффективности и расхода топлива, Active MAHLE Jet Ignition® также позволяет снизить выбросы NO x при выходе из двигателя более чем на 99% в сверхобедненной зоне.Выбросы углеводородов (УВ) поддерживаются на уровне, эквивалентном стандартному процессу искрового зажигания. Активное зажигание MAHLE Jet Ignition® (с заправкой в ​​основную камеру PFI) выделяет немного больше твердых частиц по сравнению с двигателем PFI, но их количество значительно меньше по сравнению с двигателем DI.

Как в «пассивном», так и в «активном» вариантах, форкамера была разработана таким образом, что она способна обеспечивать сопоставимую работу по задержке искры на холостом ходу и нагреву катализатора и подавать выбросы газа в центральную свечу зажигания в стехиометрических условиях, без Требование наличия второго воспламенителя в основной камере.

MJI увеличивает скорость горения и расширяет стабильный диапазон разбавления, поэтому он может работать с широким диапазоном типов топлива и является идеальной технологией для будущих низкоуглеродных топлив с особыми эксплуатационными требованиями. Например, водород требует высокого уровня разбавления, чтобы минимизировать вероятность ненормального сгорания и предотвратить механическое повреждение двигателя. Двигатели MJI H 2 продемонстрировали способность достигать высоких уровней мощности при сопоставимых выбросах CO 2 от скважины до колеса с эквивалентными топливными элементами.

MAHLE Jet Ignition® — это новая захватывающая система сгорания, которая обеспечивает большой потенциал для дальнейшего снижения выбросов CO 2 в бензиновых двигателях последнего поколения.

MAHLE Jet Ignition® Passive [PDF; 1164 КБ]

MAHLE Jet Ignition® Active [PDF; 1227 КБ]

Доступ к дополнительным материалам

Дизельный двигатель — энциклопедия New World

Дизельный двигатель, построенный компанией MAN AG в 1906 году.


Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется воспламенение от сжатия , в котором топливо воспламеняется, когда оно впрыскивается в воздух в камере сгорания, сжатый до температуры, достаточно высокой, чтобы вызвать воспламенение.Напротив, бензиновые двигатели используют цикл Отто, в котором топливо и воздух обычно смешиваются перед входом в камеру сгорания и воспламеняются свечой зажигания, что делает воспламенение от сжатия нежелательным (детонация двигателя). Двигатель работает по дизельному циклу, названному в честь немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который изобрел его в 1892 году на основе двигателя с горячей лампой и на который он получил патент 23 февраля 1893 года.

Diesel предназначен для использования в двигателе различных видов топлива, включая угольную пыль и арахисовое масло.Он продемонстрировал это на 1900 Exposition Universelle (Всемирная выставка) с использованием арахисового масла.

Патент Рудольфа Дизеля 1893 года на конструкцию двигателя.

Как работают дизельные двигатели

Сжатие любого газа повышает его температуру — метод воспламенения топлива в дизельных двигателях. Воздух втягивается в цилиндры и сжимается поршнями при степени сжатия 25: 1, что намного выше, чем в двигателях с искровым зажиганием. В конце такта сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания через инжектор (или распылитель).Топливо воспламеняется от контакта с воздухом, который из-за сжатия был нагрет до температуры примерно 700–900 по Цельсию (° C) (1300–1650 по Фаренгейту (° F)). Возникающее в результате сгорание вызывает повышенное нагревание и расширение в цилиндре, что увеличивает давление и перемещает поршень вниз. Шатун передает это движение на коленчатый вал, чтобы преобразовать линейное движение во вращательное для использования в качестве мощности в различных приложениях. Воздух, поступающий в двигатель, обычно регулируется механическими клапанами в головке блока цилиндров.Для увеличения выходной мощности большинство современных дизельных двигателей оснащаются турбонагнетателем, а в некоторых модификациях — нагнетателем для увеличения объема всасываемого воздуха. Использование промежуточного охладителя / промежуточного охладителя для охлаждения всасываемого воздуха, который был сжат и, таким образом, нагрет турбонагнетателем, увеличивает плотность воздуха и обычно приводит к повышению мощности и эффективности.

В холодную погоду дизельные двигатели могут быть трудно запустить, потому что холодный металл блока цилиндров и головки отводит тепло, создаваемое в цилиндре во время такта сжатия, тем самым предотвращая воспламенение.В некоторых дизельных двигателях внутри цилиндра используются небольшие электрические нагреватели, называемые свечами накаливания, которые помогают зажигать топливо при запуске. Некоторые даже используют резистивные сеточные нагреватели во впускном коллекторе для подогрева поступающего воздуха до тех пор, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Подогреватели блока двигателя (электрические резистивные нагреватели в блоке двигателя), подключенные к электросети, часто используются при выключении двигателя на длительные периоды (более часа) в холодную погоду, чтобы сократить время запуска и износ двигателя. Дизельное топливо также склонно к «парафинизации» в холодную погоду — термин, обозначающий отверждение дизельного топлива до кристаллического состояния.Кристаллы накапливаются в топливе (особенно в топливных фильтрах), что в конечном итоге приводит к нехватке топлива в двигателе. Для решения этой проблемы используются маломощные электронагреватели в топливных баках и вокруг топливных магистралей. Кроме того, в большинстве двигателей имеется система «возврата разливов», с помощью которой любое избыточное топливо из инжекторного насоса и форсунок возвращается в топливный бак. После прогрева двигателя возврат теплого топлива предотвращает образование парафина в баке. В последнее время топливные технологии улучшились, и благодаря специальным присадкам парафинирование больше не происходит во всех странах, кроме самых холодных.

Важным компонентом всех дизельных двигателей является механический или электронный регулятор, который ограничивает скорость двигателя, контролируя скорость подачи топлива. В отличие от двигателей с циклом Отто, поступающий воздух не дросселируется, и дизельный двигатель без регулятора скорости может легко превысить скорость. Системы впрыска топлива с механическим управлением приводятся в действие зубчатой ​​передачей двигателя. В этих системах используется комбинация пружин и грузов для управления подачей топлива в зависимости от нагрузки и скорости. Современные дизельные двигатели с электронным управлением контролируют подачу топлива и ограничивают максимальные обороты в минуту (RPM) с помощью электронного модуля управления (ECM) или электронного блока управления (ECU).ECM / ECU получает сигнал частоты вращения двигателя от датчика и регулирует количество топлива и начало впрыска с помощью электрических или гидравлических приводов.

Управление моментом начала впрыска топлива в цилиндр является ключом к минимизации выбросов и максимальной экономии топлива (эффективности) двигателя. Время обычно измеряется в единицах угла поворота коленчатого вала поршня до верхней мертвой точки (ВМТ). Например, если ECM / ECU инициирует впрыск топлива, когда поршень находится на 10 градусов перед ВМТ, то начало впрыска или время считается равным 10 градусам до ВМТ.Оптимальное время будет зависеть от конструкции двигателя, а также от его скорости и нагрузки.

Ускорение начала впрыска (впрыск до того, как поршень достигнет ВМТ) приводит к более высокому давлению и температуре в цилиндрах, а также к более высокой эффективности, но также приводит к более высоким выбросам оксидов азота NOx из-за более высоких температур сгорания. С другой стороны, отсроченное начало впрыска вызывает неполное сгорание и выделяет видимый черный дым, состоящий из твердых частиц (PM) и несгоревших углеводородов (HC).

Хронология ранней истории

  • 1862: Николай Отто разрабатывает свой угольный газовый двигатель, похожий на современный бензиновый двигатель.
  • 1891: Герберт Акройд Стюарт из Блетчли доводит до совершенства свой нефтяной двигатель и сдает в аренду права на производство двигателей Хорнсби из Англии. Строят первые двигатели с холодным запуском и воспламенением от сжатия.
  • 1892: Двигатель Хорнсби № 101 построен и установлен на гидротехнических сооружениях. Сейчас он находится в музее грузовиков MAN в Северной Англии.
  • 1892: Рудольф Дизель разрабатывает двигатель типа теплового двигателя Карно, который сжигал угольную пыль. Его нанял гений холодильной техники Карл фон Линде, затем мюнхенский производитель чугуна MAN AG, а затем швейцарская компания по производству двигателей Sulzer. Он заимствует у них идеи и оставляет в наследство всем фирмам.
  • 1892: Джон Фройлих строит свой первый сельскохозяйственный трактор с масляным двигателем.
  • 1894: Витте, Рид и Фэрбенкс начинают создавать масляные двигатели с различными системами зажигания.
  • 1896: Хорнсби производит дизельные тракторы и железнодорожные двигатели.
  • 1897: Винтон производит и водит первый построенный в США газовый автомобиль; Позже он строит дизельные заводы.
  • 1897: Миррлис, Уотсон и Ярян строят первый британский дизельный двигатель по лицензии Рудольфа Дизеля. Сейчас это выставлено в Музее науки в Южном Кенсингтоне, Лондон.
  • 1898: Буш устанавливает двигатель типа Rudolf Diesel на своей пивоварне в Санкт-Петербурге.Луи. Это первый в США. Рудольф Дизель совершенствует свой двигатель с компрессионным пуском, патентовал и лицензировал его. Этот двигатель, изображенный выше, находится в немецком музее.
  • 1899: Дизель передает лицензию на свой двигатель строителям Burmeister & Wain, Krupp и Sulzer, которые стали известными строителями.
  • 1902: Ф. Рундлоф изобретает двухтактный картерный двигатель с продувкой горячей лампы.
  • 1902: Компания под названием Forest City начала производство дизельных генераторов.
  • 1903: Корабль «Джоа» пересекает ледяной Северо-Западный проход с помощью керосинового двигателя Dan.
  • 1904: Франция строит первую дизельную подводную лодку, Z.
  • 1908: Bolinder-Munktell начинает производство двухтактных двигателей с горячей лампой.
  • 1912: Построен первый дизельный корабль MS Selandia. SS Fram, флагманский корабль полярника Амундсена, переоборудован на дизель AB Atlas.
  • 1913: Фэрбенкс Морс начинает производство полудизельного двигателя модели Y.Подводные лодки ВМС США используют агрегаты NELSECO.
  • 1914: Немецкие подводные лодки оснащены дизелями MAN. Военная служба доказывает надежность двигателя.
  • 1920-е годы: рыболовный флот переходит на нефтяные двигатели. Появляются дизели Atlas-Imperial of Oakland, Union и Lister.
  • 1924: Появляются первые дизельные грузовики.
  • 1928: Канадские национальные железные дороги используют маневровый дизель на своих верфях.
  • 1930-е годы: Клесси Камминс начинает с голландских дизельных двигателей, а затем встраивает свои собственные в грузовики и роскошный автомобиль Duesenberg на автодроме Дейтона.
  • 1930-е годы: Caterpillar начинает производство дизелей для своих тракторов.
  • 1933: Citroen представляет Rosalie, легковой автомобиль с первым в мире коммерчески доступным дизельным двигателем, разработанным совместно с Гарри Рикардо.
  • 1934: General Motors открывает исследовательский центр GM по дизельному топливу. Он производит дизельные железнодорожные двигатели — Pioneer Zephyr — и создает подразделение General Motors Electro-Motive, которое становится важным производителем двигателей для десантных кораблей и танков во время Второй мировой войны.Затем GM применяет эти знания для контроля над рынком в своей знаменитой модели Green Leakers для автобусов и железнодорожных двигателей.
  • 1936: Mercedes-Benz строит дизельный автомобиль 260D. A.T.S.F торжественно открыла дизель-поезд Super Chief.
  • 1936: Дирижабль «Гинденбург» оснащен дизельными двигателями.

Впрыск топлива в дизельные двигатели

Системы раннего впрыска топлива

Современный дизельный двигатель — это сочетание творений двух изобретателей.Во всех основных аспектах он соответствует оригинальной конструкции дизеля, согласно которой топливо воспламеняется за счет сжатия при чрезвычайно высоком давлении внутри цилиндра. Однако почти все современные дизельные двигатели используют так называемую систему твердого впрыска, изобретенную Гербертом Акройдом Стюартом для его двигателя с горячей лампой (двигатель с воспламенением от сжатия, который предшествует дизельному двигателю и работает несколько иначе). Твердый впрыск — это когда топливо поднимается до экстремального давления механическими насосами и доставляется в камеру сгорания с помощью форсунок, приводимых в действие давлением, в почти твердотельной струе.Оригинальный двигатель дизеля впрыскивал топливо с помощью сжатого воздуха, который распылял топливо и подавал его в двигатель через форсунку. Это называется воздушным ударом. Размер газового компрессора, необходимого для питания такой системы, делал первые дизельные двигатели очень тяжелыми и большими по их выходной мощности, а необходимость в приводе компрессора снижала выходную мощность еще больше. Ранние морские дизели часто имели вспомогательные двигатели меньшего размера, единственной целью которых было приводить в действие компрессоры для подачи воздуха в систему форсунок главного двигателя.Такая система была слишком громоздкой и неэффективной для использования на дорожных транспортных средствах.

Системы твердого впрыска легче, проще и позволяют достичь гораздо более высоких оборотов, поэтому они повсеместно используются в автомобильных дизельных двигателях. Системы воздушной продувки обеспечивают очень эффективное сгорание в условиях низкой скорости и высоких нагрузок, особенно при работе на некачественном топливе, поэтому некоторые крупные судовые двигатели используют этот метод впрыска. Воздушный впрыск также повышает температуру топлива в процессе впрыска, поэтому его иногда называют впрыском горячего топлива.Напротив, твердый впрыск иногда называют впрыском холодного топлива.

Поскольку в подавляющем большинстве дизельных двигателей, используемых сегодня, используется твердый впрыск, приведенная ниже информация относится к этой системе.

Механический и электронный впрыск

В более старых двигателях используется механический топливный насос и клапанный узел, который приводится в движение коленчатым валом двигателя, обычно от ремня или цепи ГРМ. В этих двигателях используются простые форсунки, которые в основном представляют собой очень точные подпружиненные клапаны, которые открываются и закрываются при определенном давлении топлива.Насосный узел состоит из насоса, который нагнетает топливо, и дискообразного клапана, который вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. Клапан имеет одно отверстие для сжатого топлива с одной стороны и одно отверстие для каждой форсунки с другой. Когда двигатель вращается, тарелки клапана выстраиваются в одну линию и подают поток топлива под давлением к форсунке в цилиндре, который вот-вот войдет в рабочий такт. Клапан форсунки открывается под действием давления топлива, и дизельное топливо впрыскивается до тех пор, пока клапан не выровняется и давление топлива в этой форсунке не будет отключено.Скорость двигателя регулируется третьим диском, который поворачивается всего на несколько градусов и управляется рычагом дроссельной заслонки. Этот диск изменяет ширину отверстия, через которое проходит топливо, и, следовательно, то, как долго форсунки остаются открытыми до прекращения подачи топлива, что контролирует количество впрыскиваемого топлива.

В более современном методе используется отдельный топливный насос, который постоянно подает топливо под высоким давлением к каждой форсунке. У каждой форсунки есть соленоид, который управляется электронным блоком управления, что позволяет более точно контролировать время открытия форсунки, которое зависит от других условий управления, таких как частота вращения и нагрузка двигателя, что приводит к лучшей производительности двигателя и экономии топлива.Эта конструкция также механически проще, чем конструкция комбинированного насоса и клапана, что делает ее в целом более надежной и менее шумной, чем ее механический аналог.

Как механические, так и электронные системы впрыска могут использоваться как с прямым, так и с непрямым впрыском.

Непрямой впрыск

Дизельный двигатель с непрямым впрыском подает топливо в камеру за пределами камеры сгорания, называемую форкамерой, где сгорание начинается и затем распространяется в основную камеру сгорания, чему способствует турбулентность, создаваемая в камере.Эта система обеспечивает более плавную и тихую работу, а поскольку горению способствует турбулентность, давление в форсунках может быть ниже, что во времена механических систем впрыска позволяло работать на высоких скоростях, подходящих для дорожных транспортных средств (обычно до скорости около 4000 об / мин). Во время разработки высокоскоростного дизельного двигателя в 1930-х годах различные производители двигателей разработали собственный тип камеры предварительного сгорания. Некоторые из них, например Mercedes-Benz, имели сложную внутреннюю конструкцию. Другие, такие как камера предварительного сгорания Lanova, использовали механическую систему для регулировки формы камеры для условий запуска и работы.Однако наиболее часто используемой конструкцией оказалась серия вихревых камер «Комета», разработанная Гарри Рикардо, в которой использовалась сферическая камера из двух частей с узким «горлом» для создания турбулентности. Большинство европейских производителей высокоскоростных дизельных двигателей использовали камеры типа Comet или разработали свои собственные версии (Mercedes оставался со своей собственной конструкцией в течение многих лет), и эта тенденция сохраняется и в современных двигателях с непрямым впрыском.

Прямой впрыск

В современных дизельных двигателях используется один из следующих способов прямого впрыска:

Распределительный насос прямого впрыска

Первые воплощения дизелей с прямым впрыском использовали роторный насос, очень похожий на дизели с непрямым впрыском; однако форсунки были установлены в верхней части камеры сгорания, а не в отдельной камере предварительного сгорания.Примерами являются такие автомобили, как Ford Transit и Austin Rover Maestro и Montego с их двигателем Perkins Prima. Проблемой этих транспортных средств был резкий шум, который они производили, и выброс твердых частиц (дыма). Это причина того, что в основном этот тип двигателя использовался только для коммерческих автомобилей, за исключением легковых автомобилей Maestro, Montego и Fiat Croma. Расход топлива был примерно на 15-20 процентов ниже, чем у дизелей с непрямым впрыском, что для некоторых покупателей было достаточно, чтобы компенсировать дополнительный шум.

Common Rail с прямым впрыском

В старых дизельных двигателях топливный насос распределительного типа, регулируемый двигателем, подает потоки топлива к форсункам, которые представляют собой простые форсунки, через которые дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя.

В системах Common Rail отсутствует топливный насос распределителя. Вместо этого насос сверхвысокого давления хранит резервуар с топливом под высоким давлением — до 1800 бар (180 МПа, 26000 фунтов на квадратный дюйм) — в «общем распределителе», в основном в трубке, которая, в свою очередь, ответвляется к управляемым компьютером инжекторным клапанам, каждая из которых из которых содержит сопло и плунжер, приводимый в движение соленоидом или даже пьезоэлектрическими приводами (которые теперь используются Mercedes, например, в их мощных выходных 3.0L V6 common rail дизель).

Большинство европейских автопроизводителей имеют дизельные двигатели с системой Common Rail в модельных рядах, даже для коммерческих автомобилей. Некоторые японские производители, такие как Toyota, Nissan и недавно Honda, также разработали дизельные двигатели с системой Common Rail.

Агрегат прямого впрыска

Устройство прямого впрыска также впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр двигателя. Однако в этой системе инжектор и насос объединены в один блок, расположенный над каждым цилиндром.Таким образом, каждый цилиндр имеет свой собственный насос, питающий собственный инжектор, что предотвращает колебания давления и позволяет добиться более равномерного впрыска. Этот тип системы впрыска, также разработанный Bosch, используется Volkswagen AG в автомобилях (где она называется «система Pumpe-Düse», буквально «система насос-форсунка»), а также Mercedes Benz (PLD) и большинство крупных компаний. производители дизельных двигателей для крупных коммерческих двигателей (CAT, Cummins, Detroit Diesel). Благодаря последним достижениям давление в насосе было увеличено до 2050 бар (205 МПа), что позволило обеспечить параметры впрыска, аналогичные системам Common Rail.

Опасность травмы при подкожной инъекции

Поскольку многие системы впрыска топлива дизельных двигателей работают при чрезвычайно высоком давлении, существует риск травмы при подкожном впрыске топлива, если топливная форсунка снимается с места и работает на открытом воздухе.

Типы дизельных двигателей

Ранние дизельные двигатели

Рудольф Дизель задумал свой двигатель, чтобы заменить паровой двигатель в качестве основного источника энергии для промышленности. В качестве таких дизельных двигателей в конце 19 — начале 20 веков использовалась та же основная компоновка и форма, что и в промышленных паровых двигателях, с длиннопроходными цилиндрами, внешним клапаном, подшипниками с крестообразным шлицем и открытым коленчатым валом, соединенным с большим маховиком.Меньшие двигатели будут построены с вертикальными цилиндрами, в то время как большинство промышленных двигателей среднего и большого размера были построены с горизонтальными цилиндрами, как и паровые двигатели. В обоих случаях двигатели могли быть построены с более чем одним цилиндром. Самые большие ранние дизели напоминали паровой двигатель с поршневым двигателем тройного расширения, будучи высотой в несколько десятков футов с вертикальными цилиндрами, расположенными в линию. Эти ранние двигатели работали на очень низких скоростях — частично из-за ограничений их оборудования для нагнетания воздуха в атмосферу, а частично из-за того, что они были совместимы с большинством промышленного оборудования, разработанного для паровых двигателей — диапазон скоростей от 100 до 300 об / мин был обычным явлением.Двигатели обычно запускались, позволяя сжатому воздуху в цилиндры вращать двигатель, хотя двигатели меньшего размера можно было запустить вручную.

В первые десятилетия двадцатого века, когда большие дизельные двигатели впервые устанавливались на судах, двигатели принимали форму, аналогичную распространенным в то время составным паровым двигателям, с поршнем, соединенным с шатуном через крейцкопф. несущий. Следуя практике паровых двигателей, были сконструированы 4-тактные дизельные двигатели двойного действия для увеличения выходной мощности, при этом сгорание происходит на обеих сторонах поршня, с двумя наборами клапанного механизма и впрыском топлива.Эта система также означала, что направление вращения двигателя можно было изменить, изменив синхронизацию форсунок. Это означало, что двигатель можно было соединить напрямую с гребным винтом без коробки передач. Несмотря на то, что дизельный двигатель двойного действия вырабатывал большую мощность и был очень эффективным, основная проблема заключалась в обеспечении хорошего уплотнения, когда шток поршня проходил через дно нижней камеры сгорания к подшипнику крейцкопфа. К 1930-м годам стало проще и надежнее устанавливать турбокомпрессоры на двигатели, хотя подшипники крейцкопфа по-прежнему используются для снижения нагрузки на подшипники коленчатого вала и износа цилиндров в больших длинноходных двигателях с цилиндрической головкой.

Современные дизельные двигатели

Есть два класса дизельных и бензиновых двигателей, двухтактные и четырехтактные. Большинство дизелей обычно используют четырехтактный цикл, а некоторые более крупные дизели работают по двухтактному циклу, в основном огромные двигатели на кораблях. В большинстве современных локомотивов используется двухтактный дизель, соединенный с генератором, который вырабатывает ток для привода электродвигателей, устраняя необходимость в трансмиссии. Для достижения рабочего давления в цилиндрах двухтактные дизели должны использовать принудительную аспирацию от турбонагнетателя или нагнетателя.Двухтактные дизельные двигатели идеально подходят для таких применений из-за их высокой удельной мощности — при вдвое большем количестве тактов мощности на оборот коленчатого вала по сравнению с четырехтактными двигателями они способны производить гораздо больше мощности на рабочий объем.

Обычно ряды цилиндров используются в количестве, кратном двум, хотя можно использовать любое количество цилиндров, если нагрузка на коленчатый вал уравновешивается для предотвращения чрезмерной вибрации. Рядный шестицилиндровый двигатель является наиболее распространенным в двигателях средней и большой мощности, хотя V8 и рядный четырехцилиндровый двигатель также распространены.Двигатели малой мощности (обычно считаются двигатели объемом менее 5 литров, как правило, являются 4- или 6-цилиндровыми типами, при этом 4-цилиндровые двигатели являются наиболее распространенным типом, используемым в автомобильной промышленности. Также производятся 5-цилиндровые дизельные двигатели, являясь компромиссом между плавностью хода 6-цилиндрового двигателя и компактными размерами 4-цилиндрового двигателя. Дизельные двигатели для небольших заводских машин, лодок, тракторов, генераторов и насосов могут быть четырех-, трех-, двухцилиндровыми. , с одноцилиндровым дизельным двигателем, оставшимся для легкой стационарной работы.

Стремление улучшить отношение мощности к массе дизельного двигателя привело к появлению нескольких новых цилиндров, позволяющих извлекать больше мощности из заданной мощности. Двигатель Napier Deltic с тремя цилиндрами, расположенными в форме треугольника, каждый из которых содержит два поршня встречного действия, а весь двигатель имеет три коленчатых вала, является одним из наиболее известных. Компания Commer van из Соединенного Королевства разработала аналогичную конструкцию для дорожных транспортных средств. Двигатель Commer имел три горизонтальных рядных цилиндра, каждый с двумя поршнями встречного действия, а двигатель имел два коленчатых вала.Хотя обе эти конструкции позволяли производить большую мощность для заданной мощности, они были сложными и дорогими в производстве и эксплуатации, и когда в 1960-х годах технология турбокомпрессоров улучшилась, это оказалось гораздо более надежным и простым способом извлечения большей мощности.

В качестве сноски, до 1949 года компания Sulzer начала экспериментировать с двухтактными двигателями с давлением наддува до шести атмосфер, в которых вся выходная мощность отбиралась от выхлопной турбины. Двухтактные поршни непосредственно приводили в движение поршни воздушного компрессора, создавая газогенератор прямого вытеснения.Противоположные поршни соединялись тягами вместо коленчатых валов. Несколько из этих блоков могут быть соединены вместе, чтобы подавать энергетический газ для одной большой выходной турбины. Общий тепловой КПД был примерно вдвое выше, чем у простой газовой турбины. (Источник Modern High-Speed ​​Oil Engines Volume II, автор C. W. Chapman, изданный The Caxton Publishing Co. Ltd., перепечатанный в июле 1949 г.)

Карбюраторные двигатели с воспламенением от сжатия модели

Простые двигатели с воспламенением от сжатия изготавливаются для модельной маршевой установки.Это очень похоже на типичный двигатель со свечами накаливания, который работает на смеси метанола (метилового спирта) и смазки (обычно касторового масла) (и иногда нитрометана для улучшения характеристик) с нитью накала с подогревом для обеспечения зажигания. Вместо свечи накаливания головка имеет регулируемый противопоршень над поршнем, образующий верхнюю поверхность камеры сгорания. Этот контрпоршень удерживается регулировочным винтом, управляемым внешним рычагом (или иногда съемным шестигранным ключом).Используемое топливо содержит эфир, который является очень летучим и имеет чрезвычайно низкую температуру вспышки, в сочетании с керосином и смазкой, а также очень небольшую долю (обычно 2 процента) улучшителя воспламенения, такого как амилнитрат или предпочтительно изопропилнитрат в настоящее время. Двигатель запускается за счет уменьшения компрессии и настройки смеси распылителя богатой с помощью регулируемого игольчатого клапана, постепенно увеличивая компрессию при проворачивании двигателя. Компрессия увеличивается до тех пор, пока двигатель не запустится.Затем смесь можно вытянуть и усилить сжатие. По сравнению с двигателями со свечами накаливания модельные дизельные двигатели демонстрируют гораздо более высокую экономию топлива, что увеличивает срок службы в зависимости от количества перевозимого топлива. Они также обладают более высоким крутящим моментом, что позволяет вращать гребной винт с большим или большим шагом на меньшей скорости. Поскольку сгорание происходит задолго до того, как будет открыто выхлопное отверстие, эти двигатели также значительно тише (без глушителя), чем двигатели со свечой накаливания аналогичного рабочего объема.По сравнению с двигателями со свечами накаливания, модельные дизели труднее регулировать в широком диапазоне мощностей, что делает их менее подходящими для моделей с радиоуправлением, чем двух- или четырехтактные двигатели со свечами накаливания, хотя эта разница, как утверждается, менее заметна с использование современных двигателей с шнерле-портом.

Преимущества и недостатки по сравнению с двигателями с искровым зажиганием

Мощность и экономия топлива

Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые (бензиновые) двигатели той же мощности, что приводит к более низкому расходу топлива.Обычный запас на 40 процентов больше миль на галлон для эффективного турбодизеля. Например, текущая модель _koda Octavia, использующая двигатели Volkswagen Group, имеет комбинированный европейский рейтинг 38 миль на галлон США (6,2 литра на 100 км (л / 100 км)) при базовой мощности 102 л.с. (76 киловатт). (кВт)) бензиновый двигатель и 54 миль на галлон (4,4 л / 100 км) для дизельного двигателя мощностью 105 л.с. (75 кВт). Однако при таком сравнении не учитывается, что дизельное топливо более плотное и содержит примерно на 15 процентов больше энергии.Корректируя цифры для Octavia, можно обнаружить, что общая энергоэффективность дизельной версии все еще примерно на 20 процентов выше, несмотря на снижение веса дизельного двигателя. При сравнении двигателей относительно небольшой мощности для веса автомобиля (таких как двигатели мощностью 75 лошадиных сил (л.с.) для Volkswagen Golf) общее преимущество дизеля в энергоэффективности еще больше уменьшается, но все же составляет от 10 до 15 процентов.

Хотя более высокая степень сжатия способствует повышению эффективности, дизельные двигатели намного экономичнее бензиновых (бензиновых) двигателей при малой мощности и на холостом ходу.В отличие от бензинового двигателя, у дизелей отсутствует дроссельная заслонка (дроссельная заслонка) во впускной системе, которая закрывается на холостом ходу. Это создает паразитное сопротивление входящему воздуху, снижая эффективность бензиновых / бензиновых двигателей на холостом ходу. Из-за более низких тепловых потерь дизельные двигатели имеют меньший риск постепенного перегрева, если они остаются на холостом ходу в течение длительного времени. Например, во многих приложениях, таких как морское хозяйство, сельское хозяйство и железная дорога, дизели остаются без присмотра в течение многих часов, а иногда и дней. Эти преимущества особенно привлекательны для локомотивов.

Дизельные двигатели без наддува тяжелее бензиновых двигателей той же мощности по двум причинам. Во-первых, требуется дизельный двигатель большего рабочего объема для выработки такой же мощности, как и бензиновый двигатель. Это в основном потому, что дизель должен работать на более низких оборотах двигателя. Дизельное топливо впрыскивается непосредственно перед зажиганием, поэтому у топлива остается мало времени, чтобы найти весь кислород в цилиндре. В бензиновом двигателе воздух и топливо смешиваются на протяжении всего такта сжатия, обеспечивая полное смешивание даже при более высоких оборотах двигателя.Вторая причина большего веса дизельного двигателя заключается в том, что он должен быть прочнее, чтобы выдерживать более высокое давление сгорания, необходимое для воспламенения, и ударную нагрузку от детонации воспламеняющейся смеси. В результате возвратно-поступательная масса (поршень и шатун) и результирующие силы для ускорения и замедления этих масс существенно выше, чем тяжелее, крупнее и прочнее деталь, и законы уменьшения отдачи от прочности компонентов. , масса компонентов и инерция — все это играет важную роль для создания баланса смещений, оптимальной средней выходной мощности, веса и долговечности.

Тем не менее, именно такое же качество сборки позволило некоторым энтузиастам добиться значительного увеличения мощности двигателей с турбонаддувом за счет довольно простых и недорогих модификаций. Бензиновый двигатель аналогичного размера не может обеспечить сопоставимое увеличение мощности без значительных изменений, потому что стандартные компоненты не смогут выдерживать более высокие нагрузки, оказываемые на них. Поскольку дизельный двигатель уже сконструирован так, чтобы выдерживать более высокие уровни нагрузки, он является идеальным кандидатом для настройки характеристик с небольшими затратами.Однако следует сказать, что любая модификация, которая увеличивает количество топлива и воздуха, пропускаемого через дизельный двигатель, увеличивает его рабочую температуру, что сокращает его срок службы и увеличивает требования к интервалам обслуживания. Это проблемы с более новыми, более легкими и высокопроизводительными дизельными двигателями, которые не «перестроены» по сравнению с более старыми двигателями, и их подталкивают к обеспечению большей мощности в меньших двигателях.

Добавление турбонагнетателя или нагнетателя к двигателю в значительной степени способствует увеличению экономии топлива и выходной мощности, уменьшая ограничение скорости впуска топлива и воздуха, упомянутое выше, для данного рабочего объема двигателя.Давление наддува может быть выше на дизельных двигателях, чем на бензиновых, а более высокая степень сжатия позволяет дизельному двигателю быть более эффективным, чем сопоставимый двигатель с искровым зажиганием. Хотя теплотворная способность топлива немного ниже — 45,3 МДж / кг (мегаджоулей на килограмм) до бензина — 45,8 МДж / кг, дизельное топливо намного плотнее, и топливо продается по объему, поэтому дизельное топливо содержит больше энергии на литр или галлон. Повышенная экономия топлива дизельного двигателя по сравнению с бензиновым двигателем означает, что дизель производит меньше углекислого газа (CO2) на единицу расстояния.В последнее время успехи в производстве и изменения политического климата повысили доступность и осведомленность о биодизеле, альтернативе дизельному топливу, полученному из нефти, с гораздо более низкими чистыми выбросами CO2, благодаря абсорбции CO2 заводами, используемыми для производства. топливо.

Выбросы

Дизельные двигатели производят очень мало окиси углерода, поскольку они сжигают топливо в избытке воздуха даже при полной нагрузке, при которой количество впрыскиваемого топлива за цикл все еще составляет около 50 процентов от стехиометрической смеси.Однако они могут производить сажу (или, точнее, твердые частицы дизельного топлива) из своих выхлопных газов, которые состоят из несгоревших углеродных соединений. Это часто вызвано изношенными форсунками, которые не распыляют топливо в достаточной степени, или неисправной системой управления двигателем, которая позволяет впрыскивать больше топлива, чем можно полностью сжечь за доступное время.

Предел полной нагрузки дизельного двигателя при нормальной эксплуатации определяется «пределом черного дыма», за пределами которого топливо не может полностью сгореть; поскольку «предел черного дыма» по-прежнему значительно меньше стехиометрического, можно получить больше мощности, превысив его, но получающееся в результате неэффективное сгорание означает, что дополнительная мощность достигается за счет снижения эффективности сгорания, высокого расхода топлива и плотных облаков дым, поэтому это делается только в специализированных приложениях (например, тягач трактора), где эти недостатки не вызывают особого беспокойства.

Аналогичным образом, при запуске из холодного состояния эффективность сгорания двигателя снижается, поскольку холодный блок двигателя забирает тепло из цилиндра в такте сжатия. В результате топливо не сгорает полностью, что приводит к сине-белому дыму и снижению выходной мощности до тех пор, пока двигатель не прогреется. Это особенно характерно для двигателей с прямым впрыском, которые менее эффективны с точки зрения термической эффективности. При электронном впрыске время и продолжительность последовательности впрыска могут быть изменены, чтобы это компенсировать.Старые двигатели с механическим впрыском могут иметь ручное управление для изменения времени или многофазные свечи накаливания с электронным управлением, которые остаются включенными в течение определенного периода после запуска, чтобы обеспечить чистое сгорание — свечи автоматически переключаются на более низкую мощность, чтобы предотвратить они выгорают.

Частицы размера, обычно называемого PM10 (частицы размером 10 микрометров или меньше), вызывают проблемы со здоровьем, особенно в городах. Некоторые современные дизельные двигатели оснащены фильтрами твердых частиц, которые улавливают сажу и при насыщении автоматически регенерируются путем сжигания частиц.Другие проблемы, связанные с выхлопными газами (оксиды азота, оксиды серы), могут быть уменьшены с помощью дополнительных инвестиций и оборудования; некоторые дизельные автомобили теперь имеют каталитические нейтрализаторы в выхлопе.

Мощность и крутящий момент

Для коммерческого использования, требующего буксировки, перевозки грузов и других тяговых задач, дизельные двигатели, как правило, имеют более желательные характеристики крутящего момента. Дизельные двигатели, как правило, имеют довольно низкий пик крутящего момента в своем диапазоне скоростей (обычно между 1600–2000 об / мин для агрегата малой мощности и ниже для более крупного двигателя, используемого в грузовике).Это обеспечивает более плавное управление большими нагрузками при запуске из состояния покоя и, что особенно важно, позволяет дизельному двигателю получать более высокие нагрузки на низких оборотах, чем бензиновый / бензиновый двигатель, что делает их гораздо более экономичными для этих применений. Эта характеристика не так желательна для частных автомобилей, поэтому большинство современных дизелей, используемых в таких транспортных средствах, используют электронное управление, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией и более короткие ходы поршня для достижения более широкого распределения крутящего момента в диапазоне скоростей двигателя, обычно достигая пика около 2500–3000 об / мин. .

Надежность

Отсутствие системы электрического зажигания значительно повышает надежность. Высокая долговечность дизельного двигателя также обусловлена ​​его избыточной конструкцией (см. Выше), а также циклом сгорания дизеля, который создает менее резкие изменения давления по сравнению с двигателем с искровым зажиганием, преимущество, которое усиливается за счет более низкие частоты вращения в дизелях. Дизельное топливо является лучшим смазочным материалом, чем бензин, поэтому менее вредно для масляной пленки на поршневых кольцах и отверстиях цилиндров; Обычно дизельные двигатели преодолевают 400 000 км или более без ремонта.

Качество и разнообразие видов топлива

В дизельных двигателях топливо испаряется с помощью механической форсунки (вместо жиклера Вентури в карбюраторе, как в бензиновом двигателе). Это принудительное испарение означает, что можно использовать менее летучие виды топлива. Что еще более важно, поскольку в цилиндр в дизельном двигателе подается только воздух, степень сжатия может быть намного выше, поскольку отсутствует риск преждевременного воспламенения при условии, что процесс впрыска точно рассчитан по времени. Это означает, что температура цилиндров в дизельном двигателе намного выше, чем в бензиновом, что позволяет использовать меньше горючего топлива.

Дизельное топливо — это разновидность легкого дизельного топлива, очень похожего на керосин, но дизельные двигатели, особенно старые или простые конструкции, в которых отсутствуют прецизионные электронные системы впрыска, могут работать на большом количестве других видов топлива. Одна из наиболее распространенных альтернатив — растительное масло из самых разных растений. Некоторые двигатели могут работать на растительном масле без модификаций, а для большинства других требуются довольно простые изменения. Биодизель — это чистое дизельное топливо, очищенное из растительного масла, которое может использоваться почти во всех дизельных двигателях.Единственными ограничениями для топлива, используемого в дизельных двигателях, является способность топлива течь по топливопроводам и способность топлива адекватно смазывать насос форсунки и форсунки.

Дизельное топливо в двигателях с искровым зажиганием

Бензиновый двигатель (с искровым зажиганием) иногда может работать как двигатель с воспламенением от сжатия при ненормальных обстоятельствах, явление, обычно описываемое как гудение или пинк (при нормальной работе) или дизельное топливо (когда двигатель продолжает работать после электрическая система зажигания отключена).Обычно это вызвано горячим нагаром в камере сгорания, который действует так же, как свеча накаливания в дизельном двигателе или двигателе авиамодели. Чрезмерный нагрев также может быть вызван неправильной синхронизацией зажигания и / или соотношением топливо / воздух, что, в свою очередь, приводит к перегреву открытых частей свечи зажигания в камере сгорания. Наконец, двигатели с высокой степенью сжатия, для которых требуется высокооктановое топливо, могут вызывать детонацию при использовании топлива с более низким октановым числом.

Характеристики топлива и жидкости

Дизельные двигатели могут работать на различных видах топлива, в зависимости от конфигурации, хотя одноименное дизельное топливо, получаемое из сырой нефти, является наиболее распространенным.Качественное дизельное топливо можно синтезировать из растительного масла и спирта. Популярность биодизеля растет, поскольку его часто можно использовать в немодифицированных двигателях, хотя производство по-прежнему ограничено. В последнее время биодизельное топливо из кокосового ореха, которое может производить очень многообещающий кокосовый метилэстер (CME), обладает характеристиками, которые улучшают смазывающую способность и сгорание, давая обычному дизельному двигателю без каких-либо изменений большую мощность, меньше твердых частиц или черного дыма и более плавную работу двигателя. Филиппины первыми начали исследования CME на основе кокоса с помощью немецких и американских ученых.Дизельное топливо, полученное из нефти, часто называют петродизелем , если необходимо определить источник топлива.

Двигатели могут работать с полным спектром дистиллятов сырой нефти, от сжатого природного газа, спиртов, бензина до мазута , дизельного топлива и остаточного топлива. Тип используемого топлива представляет собой сочетание требований к обслуживанию и затрат на топливо.

Остаточное топливо — это «отходы» процесса дистилляции и представляют собой более густую, тяжелую нефть или нефть с более высокой вязкостью, которая настолько густая, что ее трудно перекачивать без нагрева.Остаточное жидкое топливо дешевле чистого рафинированного дизельного топлива, хотя и более грязное. Их основные соображения касаются использования на судах и очень больших генераторных установках из-за стоимости большого объема потребляемого топлива, часто составляющего многие метрические тонны в час. Слабоочищенное биотопливо прямое растительное масло (SVO) и отработанное растительное масло (WVO) могут попадать в эту категорию. Помимо этого, использование низкосортного топлива может привести к серьезным проблемам с техническим обслуживанием. Большинство дизельных двигателей, используемых на кораблях, таких как супертанкеры, построены таким образом, что в них можно безопасно использовать низкосортное топливо.

Обычное дизельное топливо труднее воспламенить, чем бензин, из-за его более высокой температуры воспламенения, но при горении дизельное топливо может быть сильным.

Дизельное топливо

Мировое использование дизельного двигателя во многом зависит от местных условий и конкретного применения. Области применения, требующие надежности дизеля и высокого крутящего момента (например, тракторы, грузовики, тяжелое оборудование, большинство автобусов и т. Д.), Можно найти практически во всем мире (очевидно, что эти применения также выигрывают от улучшенной топливной экономичности дизеля).Местные условия, такие как цены на топливо, играют большую роль в принятии дизельного двигателя — например, в Европе большинство тракторов были дизельными к концу 1950-х годов, в то время как в Соединенных Штатах дизельное топливо не доминировало на рынке до 1970-х годов. . Аналогичным образом, около половины всех автомобилей, продаваемых в Европе (где цены на топливо высоки), имеют дизельные двигатели, в то время как практически нет частных автомобилей в Северной Америке с дизельными двигателями из-за гораздо более низких затрат на топливо и плохого имиджа в обществе.

Помимо их использования на торговых судах и лодках, существует также морское преимущество в относительной безопасности дизельного топлива, в дополнение к большей дальности полета по сравнению с бензиновым двигателем.Немецкие «карманные линкоры» были самыми большими дизельными военными кораблями, но немецкие торпедные катера, известные как E-boat (Schnellboot) времен Второй мировой войны, также были дизельными кораблями. Обычные подводные лодки использовали их еще до Первой мировой войны. Преимуществом американских дизель-электрических подводных лодок было то, что они работали по двухтактному циклу по сравнению с четырехтактным, который использовали другие военно-морские силы.

Mercedes-Benz, сотрудничая с Robert Bosch GmbH, с 1936 года успешно эксплуатирует дизельные легковые автомобили, продаваемые во многих частях мира, и другие производители присоединились к ним в 1970-х и 1980-х годах.За ними последовали и другие производители автомобилей: Borgward в 1952 году, Fiat в 1953 году и Peugeot в 1958 году.

В США дизельное топливо не так популярно в легковых автомобилях, как в Европе. Такие автомобили традиционно воспринимались как более тяжелые, более шумные, имеющие характеристики, из-за которых они медленнее разгоняются, более грязные, пахнущие и более дорогие, чем аналогичные автомобили с бензиновым двигателем. С конца 1970-х до примерно середины 1980-х подразделения General Motors Oldsmobile, Cadillac и Chevrolet производили маломощные и ненадежные дизельные версии своих бензиновых двигателей V8, что является одной из очень хороших причин для такой репутации.Dodge со своими знаменитыми шестицилиндровыми дизельными двигателями Cummins, устанавливаемыми на пикапах (примерно с конца 1980-х годов), действительно возродил привлекательность дизельных двигателей в легких транспортных средствах среди американских потребителей, но более качественный и широко распространенный американский дизельный двигатель обычного производства легковой автомобиль так и не материализовался. Попытка переоборудовать бензиновый двигатель для использования дизельного топлива оказалась безрассудной со стороны GM. Компания Ford Motor Company пробовала дизельные двигатели в некоторых легковых автомобилях в 1980-х годах, но безуспешно.Кроме того, до введения 15 частей на миллион дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы, которое началось 15 октября 2006 года в Соединенных Штатах (1 июня 2006 года в Канаде), дизельное топливо, используемое в Северной Америке, все еще имело более высокое содержание серы, чем топливо, используемое в Европе, эффективно ограничивает использование дизельного топлива в промышленных транспортных средствах, что еще больше способствовало негативному имиджу. Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы не является обязательным до 2010 года в Соединенных Штатах. Это изображение не отражает последних разработок, особенно в том, что касается очень высокого крутящего момента на низких оборотах современных дизелей, которые имеют характеристики, аналогичные большим бензиновым двигателям V8, популярным в Соединенных Штатах.Легкие и тяжелые грузовики в Соединенных Штатах уже много лет оснащаются дизельным двигателем. После внедрения дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы Mercedes-Benz начал продавать легковые автомобили под брендом BlueTec. Кроме того, другие производители, такие как Ford, General Motors, Honda, планировали продавать в США дизельные автомобили в 2008-2009 годах, разработанные для удовлетворения более жестких требований к выбросам в 2010 году.

В Европе, где налоговые ставки во многих странах делают дизельное топливо намного дешевле, чем бензин, очень популярны автомобили с дизельным двигателем (более половины проданных новых автомобилей оснащены дизельными двигателями), а новые конструкции значительно сократили различия между бензиновыми и дизельными автомобилями. упомянутые области.Часто среди сопоставимых моделей турбодизели превосходят своих бензиновых безнаддувных автомобилей-сестер. Один анекдот рассказывает о гонщике Формулы-1 Дженсоне Баттоне, который был арестован во Франции, где он был слишком молод, когда он ехал на дизельном BMW 330cd Coupé на скорости 230 километров в час (км / ч) (около 140 миль в час). нанять ему машину с бензиновым двигателем. В последующих интервью Баттон сухо заметил, что на самом деле он оказал BMW услугу по связям с общественностью, поскольку никто не верил, что дизель может ездить так быстро.Тем не менее, BMW уже выиграла 24 часа Нюрбургринга в целом в 1998 году с дизельным двигателем 3-й серии. Дизельную лабораторию BMW в Штайре, Австрия, возглавляет Ференц Аниситс, и она занимается разработкой инновационных дизельных двигателей.

Mercedes-Benz, предлагающий легковые автомобили с дизельным двигателем с 1936 года, делает упор на высокопроизводительные дизельные автомобили в своих новых моделях, как и Volkswagen со своими брендами. Citroën продает больше автомобилей с дизельными двигателями, чем с бензиновыми, поскольку французские бренды (также Peugeot) первыми разработали бездымные конструкции HDI с фильтрами.Даже итальянская марка Alfa Romeo, известная своим дизайном и успешной историей гонок, делает акцент на дизелях, которые также участвуют в гонках.

Несколько мотоциклов были построены с дизельными двигателями, но недостатки веса и стоимости обычно перевешивают повышение эффективности в этом случае.

В отрасли дизельных двигателей двигатели часто подразделяются на три неофициальные группы по скорости:

Высокоскоростной
Высокоскоростные (примерно 1200 об / мин и более) двигатели используются в грузовых автомобилях, автобусах, тракторах, автомобилях, яхтах, компрессорах, насосах и небольших электрических генераторах.
Средняя скорость
Большие электрические генераторы часто приводятся в движение двигателями со средней скоростью (приблизительно от 300 до 1200 об / мин), которые оптимизированы для работы с заданной (синхронной) скоростью в зависимости от частоты генерации (50 или 60 Гц) и обеспечивают быстрый отклик на изменения нагрузки. . Среднеоборотные двигатели также используются в судовых двигательных установках и в механических приводах, таких как большие компрессоры или насосы. Самые большие среднеоборотные двигатели, производимые сегодня (2007 г.), имеют мощность примерно до 22 400 кВт (30 000 л.с.).Производимые сегодня среднеоборотные двигатели в основном представляют собой четырехтактные машины, однако некоторые двухтактные двигатели все еще производятся.
Низкоскоростная
(также известный как «тихоходный»). Самые большие дизельные двигатели в основном используются для питания кораблей, хотя есть и очень мало наземных энергоблоков. Эти чрезвычайно большие двухтактные двигатели имеют выходную мощность до 80 МВт, работают в диапазоне примерно от 60 до 120 об / мин, имеют высоту до 15 м и могут весить более 2000 тонн.Обычно они работают на дешевом низкосортном «тяжелом топливе», также известном как «бункерное» топливо, которое требует подогрева на корабле для заправки и перед впрыском из-за высокой вязкости топлива. Такие компании, как MAN B&W Diesel (ранее Burmeister & Wain) и Wärtsilä (которая приобрела Sulzer Diesel) разрабатывают такие большие низкооборотные двигатели. Они необычайно узкие и высокие из-за добавления подшипника крейцкопфа. Сегодня (2007 г.) 14-цилиндровый двухтактный дизельный двигатель Wärtsilä RT-flex 96C с турбонаддувом, созданный лицензиатом Wärtsilä Doosan в Корее, является самым мощным дизельным двигателем, введенным в эксплуатацию, с диаметром цилиндра 960 мм, обеспечивающим 80.08 МВт (108 920 л.с.). Он был введен в эксплуатацию в сентябре 2006 года на борту крупнейшего в мире контейнеровоза Emma Maersk, принадлежащего группе A.P. Moller-Maersk.

Необычные приложения

Самолет

Цеппелины Graf Zeppelin II и Hindenburg приводились в движение реверсивными дизельными двигателями . Направление работы было изменено переключением шестерен на распредвале. При переходе на полную мощность двигатели можно было останавливать, переключать и выводить на полную мощность при движении задним ходом менее чем за 60 секунд.

Впервые дизельные двигатели были испытаны в самолетах в 1930-х годах. Ряд производителей построили двигатели, наиболее известными из которых, вероятно, были радиальные двигатели Packard с воздушным охлаждением и Junkers Jumo 205, которые были умеренно успешными, но оказались непригодными для боевого применения во время Второй мировой войны. В послевоенное время еще одним интересным предложением стал комплекс Napier Nomad. В целом, однако, более низкая удельная мощность дизелей, особенно по сравнению с турбовинтовыми двигателями, работающими на керосине, не позволяет использовать их в этом приложении.

Очень высокая стоимость бензина в Европе и достижения в области автомобильных дизельных технологий привели к возобновлению интереса к этой концепции. Новые сертифицированные легкие самолеты с дизельными двигателями уже доступны, и ряд других компаний также разрабатывают для этих целей новые конструкции двигателей и самолетов. Многие из них работают на легкодоступном авиационном топливе или могут работать как на авиационном топливе, так и на обычном автомобильном дизельном топливе. Чтобы получить высокое соотношение мощности и веса, необходимое для авиационного двигателя, эти новые «аэродизели» обычно являются двухтактными, а некоторые, например, британский двигатель «Dair», используют поршни встречного действия для увеличения мощности.

Автомобильные гонки

Хотя вес и меньшая мощность дизельного двигателя, как правило, удерживают его от применения в автомобильных гонках, существует много дизелей, участвующих в гонках в тех классах, которые им необходимы, в основном в гонках на грузовиках и тягаче, а также в гонках, где они недостатки менее серьезны, например, гонки на рекорд наземной скорости или гонки на выносливость. Существуют даже драгстеры с дизельным двигателем, несмотря на такие недостатки дизеля, как вес и низкие пиковые обороты.

В 1931 году Клесси Камминс установил свой дизель в гоночную машину, разогнавшись до 162 км / ч в Дейтоне и 138 км / ч в гонке 500 в Индианаполисе, где Дэйв Эванс вывел его на тринадцатое место, финишировав всю гонку без пит-стопа. , полагаясь на крутящий момент и топливную экономичность для преодоления веса и низкой пиковой мощности.

В 1933 году Bentley 1925 года с двигателем Gardner 4LW стал первым автомобилем с дизельным двигателем, участвовавшим в ралли Монте-Карло, когда им управлял лорд Ховард де Клиффорд. Это была ведущая британская машина и заняла пятое место в общем зачете.

В 1952 году Фред Агабашян выиграл поул-позицию в гонке Indianapolis 500 на 6,6-литровом дизельном автомобиле Cummins с турбонаддувом, установив рекорд скорости на круге в 222,108 км / ч или 138,010 миль в час. Хотя Агабашян оказался на восьмом месте перед первым поворотом, он поднялся на пятое место за несколько кругов и бежал конкурентоспособно, пока плохо расположенный воздухозаборник машины не поглотил достаточно мусора с трассы, чтобы отключить турбокомпрессор на 71-м круге; он финишировал 27-м.

С развитием дизельных автомобилей с турбонаддувом в 1990-х годах они также участвовали в гонках на туристических автомобилях, и BMW даже выиграла 24 часа Нюрбургринга в 1998 году с 320d, в сравнении с другими заводскими дизельными двигателями Volkswagen и примерно 200 автомобилями с обычным двигателем. . Alfa Romeo даже организовала гоночную серию со своими моделями Alfa Romeo 147 1.9 JTD.

Участники ралли VW «Дакар» 2005 и 2006 гг. Оснащены двигателями собственной линейки TDI, чтобы побороться за первую победу в общем зачете дизельных двигателей.Между тем, пятикратный победитель гонок Audi R8 в гонке 24 часа Ле-Мана был заменен Audi R10 в 2006 году, который оснащен двигателем V12 TDI Common Rail мощностью 650 л.с. (485 кВт) и 1100 Н • м (810 фунт-сила • фут). дизельный двигатель, соединенный с 5-ступенчатой ​​коробкой передач вместо 6-ступенчатой ​​коробки передач, используемой в R8, для обработки дополнительного крутящего момента. Коробка передач считается главной проблемой, поскольку предыдущие попытки других потерпели неудачу из-за отсутствия подходящих трансмиссий, которые могли бы выдерживать крутящий момент достаточно долго.

После победы в гонке «12 часов Себринга» в 2006 году на своем дизельном R10, Audi также одержала общую победу в «24 часах Ле-Мана» 2006 года.Впервые спортивный автомобиль может побороться за общие победы на дизельном топливе с автомобилями, работающими на обычном топливе или метаноле и биоэтаноле. Однако значение этого немного уменьшается из-за того, что правила гонки ACO / ALMS поощряют использование альтернативных видов топлива, таких как дизельное топливо.

Audi снова одержала победу в Себринге в 2007 году. У нее было преимущество как в скорости, так и в экономии топлива по сравнению со всей отраслью, включая Porsche RS Spyder, специально построенные гоночные автомобили с бензиновым двигателем.После победы в Себринге можно с уверенностью сказать, что дизели Audi снова выиграют 24 часа Ле-Мана 2007 года в этом году. Единственное соревнование исходит от гоночного автомобиля Peugeot 908 с дизельным двигателем. Но эта машина не повернула колесо в гонке.

В 2006 году JCB Dieselmax побил рекорд наземной скорости с дизельным двигателем, достигнув средней скорости более 328 миль в час. В автомобиле использовались «два дизельных двигателя общей мощностью 1500 лошадиных сил (1120 киловатт). Каждый из них представляет собой 4-цилиндровый двигатель объемом 4,4 литра, используемый в коммерческих целях в качестве экскаватора-погрузчика.» [1]

В 2007 году SEAT — с SEAT León Mk2 на Oschersleben Motorsport Arena в Германии — стал первым производителем, выигравшим этап серии WTCC на дизельном автомобиле, всего через месяц после объявления о нем. примите участие в чемпионате мира среди гоночных автомобилей FIA с Leon TDI. Успех SEAT с León TDI был продолжен и привел к завоеванию титулов чемпионата FIA WTCC 2009 года (как для пилотов, так и для производителей).

В 2007 году Уэс Андерсон управлял Gale Banks Engineering, построившим 1250-сильный дизельный пикап Pro-Stock Chevrolet S-10 с дизельным двигателем, ставший рекордом Национальной ассоциации дизелей Hot Rod Diesel Association, равным 7.72 секунды на скорости 179 миль в час на четверть мили. [2]

Мотоциклы

Из-за традиционно плохого отношения мощности к массе дизельные двигатели, как правило, не подходят для использования на мотоциклах, которые требуют большой мощности, легкого веса и быстроходного двигателя. Однако в 1980-х годах силы НАТО в Европе перевели все свои машины на дизельные двигатели. У некоторых был парк мотоциклов, поэтому для них были проведены испытания дизельных двигателей. Одноцилиндровые двигатели с воздушным охлаждением, построенные Ломбардини из Италии, использовались и имели некоторый успех, достигая тех же характеристик, что и бензиновые мотоциклы, и расхода топлива почти 200 миль на галлон.Это привело к тому, что некоторые страны переоборудовали свои мотоциклы на дизельные двигатели.

Разработка Крэнфилдского университета и калифорнийской компании Hayes Diversified Technologies привела к производству дизельного внедорожного мотоцикла на основе ходовой части дорожного велосипеда Kawasaki KLR650 с бензиновым двигателем для использования в военных целях. Двигатель дизельного мотоцикла представляет собой одноцилиндровый четырехтактный двигатель с жидкостным охлаждением, рабочий объем которого составляет 584 см², он развивает мощность 21 кВт (28 л.с.) при максимальной скорости 85 миль в час (136 км / ч). Компания Hayes Diversified Technologies обсуждала, но впоследствии отложила поставку гражданской версии примерно за 19 000 долларов США.Дорого по сравнению с сопоставимыми моделями.

В 2005 году Корпус морской пехоты США принял на вооружение M1030M1, внедорожный мотоцикл, основанный на Kawasaki KLR650 и модифицированный двигателем, предназначенным для работы на дизельном топливе или реактивном топливе JP8. Поскольку другие тактические машины Соединенных Штатов, такие как внедорожник Humvee и танк M1 Abrams, используют JP8, принятие на вооружение мотоцикла-разведчика, работающего на том же топливе, имело смысл с логистической точки зрения.

В Индии мотоциклы, построенные Royal Enfield, можно купить с одноцилиндровыми дизельными двигателями объемом 650 см_ на основе аналогичных используемых бензиновых (бензиновых) двигателей, поскольку дизель намного дешевле бензина и более надежен.Эти двигатели шумные и неочищенные, но очень популярны благодаря своей надежности и экономичности.

Текущие и будущие разработки

Уже сейчас многие системы Common Rail и блочного впрыска используют новые форсунки, в которых вместо соленоида используются уложенные друг на друга пьезоэлектрические кристаллы, что позволяет более точно контролировать процесс впрыска.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией имеют гибкие лопатки, которые перемещаются и пропускают больше воздуха в двигатель в зависимости от нагрузки. Эта технология увеличивает производительность и экономию топлива.Задержка разгона уменьшается, поскольку инерция турбонагнетателя компенсируется.

Пилотный блок управления акселерометром (APC) использует акселерометр для получения обратной связи об уровне шума и вибрации двигателя и, таким образом, дает команду ECU впрыскивать минимальное количество топлива, которое обеспечит тихое сгорание и при этом обеспечит требуемую мощность (особенно на холостом ходу. )

Ожидается, что в следующем поколении дизелей с системой Common Rail будет использоваться изменяемая геометрия впрыска, которая позволяет изменять количество впрыскиваемого топлива в более широком диапазоне, а также регулируемые фазы газораспределения, аналогичные тем, которые используются в бензиновых двигателях.

В частности, ужесточение правил выбросов в Соединенных Штатах представляет собой серьезную проблему для производителей дизельных двигателей. Изучаются другие методы для достижения еще более эффективного сгорания, такие как HCCI (воспламенение от сжатия однородного заряда).

Современные факты о дизельном топливе

(Источник: Robert Bosch GmbH)

Топливо проходит через форсунки со скоростью около 1500 миль в час (2400 км / ч)

Топливо впрыскивается в камеру сгорания менее чем за 1 штуку.5 мс — примерно столько же, сколько мигает камера.

Наименьшее количество впрыскиваемого топлива составляет один кубический миллиметр — примерно такой же объем, как головка штифта. Наибольший объем впрыска для автомобильных дизельных двигателей на данный момент составляет около 70 кубических миллиметров.

Если коленчатый вал шестицилиндрового двигателя вращается со скоростью 4500 об / мин, система впрыска должна контролировать и обеспечивать 225 циклов впрыска в секунду.

На демонстрационной поездке автомобиль Volkswagen с 1-литровым дизельным двигателем использовал только 0 единиц.89 литров топлива на 100 километров (112,36 км / л, 264 миль на галлон {США}, 317 миль на галлон {Имперская система / английский язык}), что делает его, вероятно, самым экономичным автомобилем в мире. Система впрыска топлива высокого давления Bosch была одним из основных факторов чрезвычайно низкого расхода топлива прототипа. Рекордными производителями по экономии топлива являются Volkswagen Lupo 3 L TDI и Audi A2 3 L 1.2 TDI со стандартными показателями расхода 3 литра топлива на 100 километров (33,3 км / л, 78 миль на галлон {США}, 94 миль на галлон {Имперские единицы). }).Их системы впрыска дизельного топлива под высоким давлением также поставляет Bosch.

В 2001 году почти 36 процентов новых автомобилей в Западной Европе имели дизельные двигатели. Для сравнения: в 1996 году автомобили с дизельным двигателем составляли лишь 15 процентов от общего числа зарегистрированных автомобилей в Германии. Австрия возглавляет рейтинг регистраций автомобилей с дизельным двигателем с 66 процентами, за ней следуют Бельгия с 63 процентами и Люксембург с 58 процентами. Германия с 34,6% в 2001 году находилась в середине турнирной таблицы.Швеция отстает: в 2004 г. только 8% новых автомобилей имели дизельный двигатель (в Швеции автомобили с дизельным двигателем облагаются гораздо более высокими налогами, чем аналогичные бензиновые автомобили).

История дизельного автомобиля

Первыми серийными дизельными автомобилями были Mercedes-Benz 260D и Hanomag Rekord, представленные в 1936 году. Citroën Rosalie также производился в период с 1935 по 1937 год с чрезвычайно редким вариантом дизельного двигателя (двигатель 1766 куб.см 11UD) только в Familiale. (универсал или универсал) версия. [3]

После нефтяного кризиса 1970-х годов были испытаны турбодизели (например, на экспериментальных и рекордных автомобилях Mercedes-Benz C111). Первым серийным автомобилем с турбодизелем в 1978 г. стал 5-цилиндровый двигатель Mercedes 300 SD с двигателем мощностью 115 л.с. (86 кВт) 3.0, доступный только в Северной Америке. В Европе в 1979 году был представлен Peugeot 604 с турбодизелем объемом 2,3 литра, а затем — Mercedes 300 TD turbo.

Многие энтузиасты Audi утверждают, что Audi 100 TDI был первым дизельным двигателем с турбонаддувом и прямым впрыском, проданным в 1989 году, но это неверно, так как Fiat Croma TD-i.d. был продан с турбонаддувом с прямым впрыском в 1986 году, а двумя годами позже Austin Rover Montego.

Новаторским в Audi 100, однако, было использование электронного управления двигателем, поскольку у Fiat и Austin был чисто механический впрыск. Электронное управление прямым впрыском действительно изменило ситуацию с точки зрения выбросов, качества и мощности.

Интересно отметить, что крупные игроки на рынке дизельных автомобилей — это те же самые люди, которые были пионерами различных разработок (Mercedes-Benz, BMW, Peugeot / Citroën, Fiat, Alfa Romeo, Volkswagen Group), за исключением Austin Rover. — хотя предок Остина Ровера, компания Rover Motor Company производила дизельные двигатели малой мощности с 1956 года, когда она представила 4-цилиндровый дизельный двигатель объемом 2051 см_ для своего Land Rover 4 _ 4.

В 1998 году, впервые в истории гонок, в легендарной гонке «24 часа Нюрбургринга» абсолютным победителем стал автомобиль с дизельным двигателем: заводская команда BMW 320d, BMW E36, оснащенный современным дизельным двигателем высокого давления. технология впрыска от Robert Bosch GmbH. Низкий расход топлива и большой запас хода, позволяющий одновременно гонять 4 часа, сделали его победителем, поскольку сопоставимые автомобили с бензиновым двигателем тратили больше времени на заправку.

В 2006 году новый Audi R10 TDI LMP1, представленный Joest Racing, стал первым автомобилем с дизельным двигателем, выигравшим 24 часа Ле-Мана.Автомобиль-победитель также превзошел рекорд круга с конфигурацией трассы после 1990 года на 1 круг, на 380 км. Однако это отставало от рекордного расстояния, установленного в 1971 году, более чем на 200 км.

См. Также

Банкноты

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  • Challen, Bernard и Rodica Baraneseu. Справочник по дизельным двигателям . 2-е изд. Бистин, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, 1999. ISBN 0750621761
  • Демпси, Пол. Как ремонтировать дизельные двигатели. 2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: TAB Books, 1990. ISBN 0830661670
  • Макарчук Андрей. Разработка дизельных двигателей: термодинамика, динамика, проектирование и машиностроение. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2002. ISBN 0824707028

Внешние ссылки

Все ссылки получены 23 октября 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *