Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя рено трафик

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Устройство системы дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

  • цилиндро-поршневая группа (цилиндры, поршни, шатуны);
  • топливные форсунки;
  • впускные и выпускные клапана;
  • турбина;
  • интеркулер.

Современный дизельный двигатель в разрезе

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Подача солярки осуществляется только в момент, при котором воздух максимально сжат и имеет максимальную температуру.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

Порядок работы дизельной системы:
    1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
    2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
    3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания. Процесс самовоспламенения солярки с воздухом от свечи накаливания.

    Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.

  1. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
  2. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

Дополнительные компоненты двигателя

Помимо основных деталей, которые обязательно присутствуют в конструкции двигателя, есть еще дополнительные детали и узлы, которые улучшают характеристики и работу ДВС.

Принцип работы турбины

Турбина — это устройство, которое создает дополнительного нагнетание топлива. Двигатель с турбиной имеет большую производительность.

Идея создания турбины появилась при обнаружении такого факта, что при движении поршня вверх, солярка не успевает полностью сгорать.

С помощью турбины, сгорание топлива в цилиндрах происходит до конца, за счет чего уменьшается расход топлива и увеличивается мощность ДВС.

Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:
  • подшипники — служит опорой дает возможность вращаться валу;
  • кожух на турбине;
  • кожух на компрессоре;
  • стальная сетка.
Цикл работы турбонаддува:
  1. Компрессор создает вакуум и всасывается воздух внутрь системы.
  2. Ротор турбины передает вращение ротору.
  3. Интеркулер охлаждает воздух.
  4. Через впускной коллектор осуществляется подача воздуха, предварительно воздух проходит степени очистки (воздушные фильтры). После поступления воздуха, впускной клапан закрывается.
  5. Отработанные газы движутся через турбину ДВС и создают давление на ротор.
  6. В этот момент скорость вращения турбины вала турбины очень высока, достигает 1500 оборотов в секунду. От этого начинает вращаться ротор компрессора.

Цикл далее повторяется.

При охлаждении воздуха, его плотность увеличивается. Если плотность воздуха стала больше, значит можно закачать воздух большим объемом. Чем больший поток воздуха подается в камеру сгорания, тем лучше сгорает топливо.

Интеркулер и форсунка

При сжатии плотность воздуха и температура увеличиваются. Это негативно сказывается на межремонтном периоде деталей двигателя. В связи с чем была разработано устройство, которое охлаждает горячий воздушный поток.

В зависимости от модификации дизельных двигателей, в цилиндре топливо может распыляться одной или двумя форсунками.

Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.

Вывод

За счет постоянных инженерных внедрений и испытаний, современные дизельные двигатели выдают очень хорошие технические характеристики. Качество сгорания отличное за счет использования турбонагнетателя. Качество сгорания, примерно, выше в 2 раза, чем у бензинового двигателя.

В последние годы идет постоянное усовершенствование не только для улучшения эксплуатационных показателей, но и за счет современных требований мировых экологов. Сначала было требование двигатели Евро-2, потом 3, 4, 5.

Видео

В этом видео показывается принцип работы дизеля.

Строение системы дизельного двигателя.

Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).

Отличия ДВС евро 5 от евро 4.

Запуск дизеля пусковым двигателем

Запуск дизеля производите в следующем порядке:

— установите рычаг переключения передач трактора (машины) в нейтральное положение;

— прокачайте систему топливоподачи ручным подкачивающим насосом для удаления из нее воздуха;

— включите включатель «массы»;

— установите рычаг управления топливным насосом в положение, соответствующее полностью выключенной подаче топлива;

— откройте краник топливного бака пускового двигателя и заполните карбюратор топливом;

— поворотом рычага введите в зацепление с венцом маховика дизеля шестерню включения и выключите муфту редуктора пускового двигателя;

— прикройте воздушную заслонку карбюратора, при запуске прогретого двигателя воздушную заслонку можно не прикрывать;

— включите стартер и запустите пусковой двигатель; продолжительность непрерывной работы стартера не должна превышать 15 с; если двигатель не запустился, то операции пуска необходимо повторить через 30-40 с; при появлении первых вспышек медленно откройте воздушную заслонку карбюратора;

— после запуска пускового двигателя немедленно отключите стартер и прогрейте двигатель на холостом ходу в течение 30-60 с;

— включите плавно муфту редуктора пускового двигателя;

— установите рычаг управления подачей топлива в положение, соответствующее наибольшей подаче, и запустите дизель; как только дизель начнет устойчиво работать, выключите муфту редуктора и остановите пусковой двигатель, для чего выключите зажигание, нажав на кнопку выключения магнето до полной остановки двигателя; закройте краник топливного бака пускового двигателя и установите воздушную заслонку карбюратора в исходное положение.

В случае неисправности стартера или аккумуляторной батареи пусковой двигатель П-10УД или ПД-10У можно запустить ручным способом с помощью пускового шнура, сняв предварительно стартер и обе половины кожуха маховика пускового двигателя..

В случае затруднительного пуска пускового двигателя, особенно в холодное время года, нажмите на утопитель мембраны карбюратора и держите ее нажатой в течение 3-5 с.

Нельзя производить запуск пускового двигателя без охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

Запуск дизеля стартером

При запуске дизеля:

— установите рычаг переключения передач трактора (машины) в нейтральное положение;

— прокачайте систему топливоподачи ручным подкачивающим насосом для удаления из нее воздуха;

— включите включатель «массы»;

— установите рычаг управления подачей топлива в положение, соответствующее наибольшей подаче;

включите электрофакельный подогреватель поворотом включателя в положение I (включена спираль накаливания электрофакельного подогревателя);

— через 30-40 с, когда контрольный элемент электрофакельного подогревателя накалится, выключите муфту сцепления трактора (машины), включите стартер поворотом включателя в положение II и запустите дизель; при прогретом дизеле, а также в летний период его можно запускать без предварительного включения электрофакельного подогревателя поворотом включателя непосредственно в положение II, не задерживая в положении I;

— после запуска дизеля плавно включите муфту сцепления;

— прогрейте дизель на холостом ходу (на режиме 800-1000 мин с постепенным переходом до 1500-1600 мин не более) до температуры охлаждающей жидкости 50 °С не менее.

Продолжительность непрерывной работы стартера не должна превышать 15 с. Если дизель не запустился, повторный запуск производите через 30-40 с. Если после трех попыток дизель не запустился, найдите неисправность и устраните ее.

Загрузка дизеля разрешается только после прогрева его до указанной выше температуры.

Остановка дизеля

Перед остановкой дизеля после работы с большой нагрузкой дайте ему поработать в течение 3-5 мин сначала на средней, а затем на минимальной частоте холостого хода для охлаждения нагретых до высокой температуры деталей турбокомпрессора.

Остановите дизель перемещением рычага останова топливного насоса по часовой стрелке в крайнее положение, соответствующее отключению подачи топлива.

После остановки дизеля выключите включатель «массы».

Пневматический пуск дизеля

Пневматический пуск применяется в качестве вспомогательного на дизель-электрическом тракторе ДЭТ-250М для дизеля В-31 с рабочим объемом 38,88 л. Сущность данной системы пуска заключается в том, что сжатый воздух с помощью специальной воздухораспределительной системы подается непосредственно в цилиндры двигателя и под действием давления на поршни приводит во вращение коленчатый вал.

Воздухораспределитель пневматической системы пуска имеет корпус 1, в котором выполнено двенадцать (по числу цилиндров) каналов. В каждом канале сделано резьбовое отверстие, в которое ввертывается зажим 2, крепящий поворотный угольник 16, от которого идет трубка 17, подводящая воздух в цилиндр двигателя. Распределительный диск 14, имеющий золотниковое отверстие, расположен на шлицах втулки 13, которая, в свою очередь, находится на шлицах валика 10. Золотниковое отверстие на распределительном диске овальной формы и выполнено по дуге 60. Радиус расположения золотникового отверстия равен радиусу расположения отверстий каналов 18 в корпусе 1. Распределительный диск прижат к корпусу пружиной 11, с обеих сторон которой установлены упорные шайбы 5. Одна из шайб упирается в распределительный диск 14, а другая удерживается на валике штифтом 9. Полость А закрывается колпачком 3. В колпак ввернут зажим 8, крепящий поворотный угольник 7, к которому подводится воздух от баллона со сжатым воздухом, заряженным под давлением 15 МПа. Валик 10 соединен с одной из шестерен 19, вращающейся в 2 раза медленнее коленчатого вала. В головки цилиндров ввернуты пусковые клапаны.

Рис. Воздухораспределитель пневматической системы пуска: 1 — корпус; 2 — зажим; 3 — колпачок; 4, 15 — прокладки; 5 — упорные шайбы; 6 — крышка; 7, 16 — поворотные угольники; 8 — зажимы: 9 — штифт; 10 — валик; 11 — пружина; 12 — стопор; 13 — регулировочная втулка; 14 — распределительный диск; 17 — воздухораспределительные трубки; 18 — канал; 19 — шестерня; А — полость.

Рис. Пусковой клапан:
1 — клапан; 2 — корпус клапана; 3 — пружина; 4 — гайка; 5 — шплинт; 6 — колпак; 7 — угольник; 8 — уплотнительное кольцо; а — впускные отверстия

Соединение угольников 16 воздухораспределителя трубками 77 с угольниками пусковых клапанов производится по схеме, обеспечивающей поочередную подачу сжатого воздуха в соответствии с порядком работы цилиндров.

Регулировка воздухораспределителя должна быть такой, чтобы подача воздуха в цилиндр начиналась в конце такта сжатия за 5-10 до ВМТ (по углу поворота коленчатого вала). Полное открытие наклонных каналов 18 в корпусе 1 соответствует 25-30″ после ВМТ в такте расширения. Регулировка воздухораспределения производится изменением положения распределительного диска 14 относительно валика 10. При этом устанавливают необходимый момент подачи воздуха в цилиндр с точностью до 1″.

Пневматический пуск осуществляется следующим образом. При открытии запорного вентиля баллона сжатого воздуха и перепускного крана воздух поступает к поворотному угольнику 7 и затем в полость А воздухораспределителя. В зависимости от положения золотникового отверстия в распределительном диске воздух поступает в один из пусковых клапанов. Клапан 1 под давлением воздуха отходит от седла, и воздух поступает в соответствующий цилиндр. Причем по манометру наблюдают, чтобы давление в системе пуска было не более 9 МПа. Благодаря высокому давлению воздуха на поршень коленчатый вал начинает вращаться. Воздух поступает в цилиндры двигателя соответственно порядку работы цилиндров. Прокручивание двигателя производят в течение 1-2 с, после чего нажатием педали подают топливо в цилиндр. Как только двигатель начинает самостоятельно работать, закрывают перепускной кран и вентиль воздушного баллона.

Согласно инструкции к трактору ДЭТ-250М перед пуском дизеля В-31 при температуре не выше 5 С производят его предпусковой подогрев. При стабильном процессе сгорания давление в цилиндрах на такте расширения возрастает и под его действием клапан 1 прижимается к седлу, а давление воздуха в системе пуска становится недостаточным для открытия пускового клапана, вследствие этого воздух из пневматической системы пуска не поступает в цилиндры.

На отечественных автомобилях-самосвалах БелАЗ грузоподъемностью до 170 т для дизелей 9-26 ДГ и Д-12А-375-Б в качестве основного применяется пневматический пуск. Для пуска используют два баллона со сжатым воздухом объемом по 130 л каждый и при давлении до 6 МПа. Для заполнения баллонов в эксплуатации используются специальные передвижные компрессорные установки.

Достоинством пневматического пуска является экономия дефицитных материалов — свинца и меди. В некоторых случаях такая система легче электростартерной. К недостаткам ее относятся:

  • ограниченный запас энергии, которого хватает только на 10-20 пусков
  • возможность утечки воздуха через неплотности
  • усложнение конструкции двигателя
  • переохлаждение стенок цилиндров и камер сгорания при расширении вводимого в них сжатого воздуха
  • трудность размещения пусковых клапанов при малых размерах цилиндров
  • коррозия деталей двигателя при влажном воздухе

У бензиновых двигателей перегрев клапанов приводит к детонации.

В связи с указанными недостатками пневматический пуск с непосредственной подачей сжатого воздуха в цилиндры применяется преимущественно на дизелях большого рабочего объема, для которых электростартерная система пуска громоздка. Кроме того, пуск таких дизелей разрешается при положительной температуре (5-10 С»), когда не проявляются недостатки пневматической системы, связанные с длительным прокручиванием.

Запуск дизельного генератора

Запуск дизельного генератора, при кажущейся простоте, должен производиться по определенным правилам. Особенно это касается первого запуска, либо же начала эксплуатации после длительного хранения. В инструкции к каждой модели детально описаны эти правила, но для всех них есть и общие принципы, о которых следует помнить пользователям.

Первый запуск дизельного генератора

После распаковки агрегата следует проверить его на наличие внешних повреждений и убедиться в полной комплектации поставки. Далее следует подключить аккумулятор силовыми кабелями и заполнить систему маслом. Масло заливается через специальное отверстие с пробкой-щупом.

Следующий шаг — создание давления в системе. Для этого следует выжать декомпрессор и несколько раз аккуратно прокрутить стартер по 2-3 секунды. Сигналом нормализации давления будет специальная лампа — она должна погаснуть.

Аналогичным образом выкачивается воздух из системы питания. Нужно немного открутить гайку топливного насоса, выжать декомпрессор и тоже прокрутить стартер. После появления небольшой течи гайку следует закрутить. Повторите процедуру с гайкой топливной форсунки. После этих процедур и заливки охлаждающей жидкости агрегат будет готов к работе.

Запуск при длительном простое

Желательно не допускать длительных простоев дизельных генераторов и включать его хотя бы раз в месяц. Если же простой был довольно длительным, необходимо тщательно проверить все узлы на предмет загрязнений и провести полную замену масла. Можно использовать приведенные выше рекомендации по первому пуску, но самое главное — убедиться, что на узлах нет засохшей грязи и смазки, что может блокировать работу деталей.

Запуск дизельного генератора при низких температурах

Для работы в условиях низких температур следует использовать специальное дизельное топливо и соответствующее масло. Если в комплектации не предусмотрен обогреватель, желательно приобрести подходящий для конкретной модели.

Для запуска генератора при низких температурах запрещено использовать любые добавки для топлива или масла. Это существенно увеличивает нагрузку на электростанцию. Также нельзя подогревать корпус открытым огнем или промышленным феном. Разница температур между узлами пагубно сказывается на деталях. Экстренный запуск на морозе допускается при выполнении всех требований инструкции — у разных производителей могут быть разные требования.

Пуск генератора с ручным стартером

Ручной стартер устанавливают на генераторах небольшой мощности. Это позволяет существенно сэкономить на стоимости. В целом ручной запуск не представляет особой сложности и выполняется следующим образом:

  • Установите генератор на ровную поверхность, проверьте заземление;
  • Откройте топливный кран, выключите прерыватель цепи;
  • Вставьте ключ зажигания в замок и поверните в положение «ВКЛ»;
  • Вытяните стартерный шнур до сопротивления и откройте декомпрессор;
  • Плавно, но энергично дерните за шнур — двигатель заработает.

Не стоит дергать шнур до упора — это вредно для стартерного механизма. После разогрева двигателя включите прерыватель цепи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector