Дизельный двигатель и принцип его работы

Краткая история

История дизеля по идее начинается с появления бензинового двигателя. В 1876 году Николаус Август Отто (Nikolaus August Otto) создал и запатентовал бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Это изобретение использовало четырехтактный принцип сгорания, также известный как «Otto Cycle,» и это — основной тип двигателей для большинства автомобилей на сегодня. На ранних стадиях развития бензиновый двигатель не был эффективным, так же как и паровой двигатель. Приблизительно только 10 процентов топлива в таких двигателях использовалось в нужном направлении, остальная часть просто производила бесполезную высокую температуру.
В 1878 году Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) успешно закончил Политехнический университет (механический факультет) в Германии, где он изучил структуру парового и бензинового двигателя, и узнал их малоэффективность в применении. Эта информация заставила Рудольфа Дизеля задуматься о создании более эффективного двигателя. Большую часть времени он посвящал созданию и развитию нового проекта, который вскоре получил название «Дизельный двигатель внутреннего сгорания». В 1892 Рудольф Дизель закончил работу над новым проектом, что сейчас мы называем дизельным двигателем.

Если дизельные двигатели настолько эффективны, почему мы не пользуемся ими чаще? Основная причина, скоре е всего, кроется в том, что многие привыкли видеть в дизеле нечто «ужасное», что они ужасно грязные в плане экологии, более медленные и очень часто выходят из строя, очень дороги в обслуживании и ремонте. Но это неправильное мнение о дизельных двигателях. Автомобили с дизельными двигателями менее привлекательны на американском авторынке, так как дизельный двигатель создан по большей части для больших грузовиков, перевозящих громадные грузы на дальние расстояния, а не для ежедневных поездок в городской сфере. Но мнение людей о дизельном двигателе меняется в лучшую сторону, так как он совершенствуется и становится менее шумным и грязным. Также на сегодняшний день дизельный двигатель применяется на большинстве поездах.

Сравнение дизельного и бензинового двигателей

Основным элементом любой любого автомобиля является двигатель внутреннего сгорания, созданные для преобразования химической энергии, доступную в топливе, в механическую.. По типу топлива различаются бензиновые и дизельные двигатели. В чем разница между ними? Каковы преимущества и недостатки у того или иного типа двигателя?
Механическая энергия перемещает поршни вверх и вниз по внутренним цилиндрам. Поршни связаны с коленчатым валом, и перемещение поршней, известное как прямолинейное движение, создает поворот вала, который приводит в действие колеса.
И бензиновый и дизельный двигатели работают за счет воспламенения топлива и его подрыва. Главное различие между дизелем и бензином — способ подрыва горючей смеси . В бензиновом двигателе топливо смешано с воздухом и воспламеняется искрами от свечей зажигания. В дизельном двигателе это выглядит немного иначе: воздух в цилиндре нагрет уже до момента поступления топлива в камеру сгорания. Поскольку воздух накален и сжат, топливо при взаимодействии с ним воспламеняется.
Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя включает следующие такты:
1. Такт впуска. При движении поршня в цилиндре образуется разряжение и через воздушный фильтр в его полость поступает атмосферный воздух. При этом впускной клапан открыт.
2. Такт сжатия. Поршень движется, сжимая поступивший воздух. Для надежного воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты.
3. Такт расширения (или рабочий ход). Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, начинается процесс сгорания с быстрым повышением температуры и давления. В этот момент оба клапана закрыты. Под действием давления газов поршень перемещается, тем самым совершая полезную работу.
4. Такт выпуска. Поршень перемещается вверх, выталкивая в выпускной коллектор отработанные газы, температура которых снижается.
После завершения последнего такта рабочий цикл повторяется заново, в той же самой последовательности.
Измеряя и вычисляя все свои работы, Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) утвердил, что более высокое сжатие приводит к более высокой эффективности и большей мощности. Это происходит, потому что когда поршень сжимает воздух в цилиндре, он становится сконцентрированным. В дизельном топливе содержится много энергии, таким образом вероятность дизеля, реагирующего со сконцентрированным воздухом больше. С другой стороны, молекулы воздуха находятся близко друг к другу,и топливо быстрее и лучше вступает в реакцию с воздухом. В итоге оказалось Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) был прав — давление в бензиновом двигателе составляет 8:1 к 12:1,в то время как в дизельном двигателе 14:1 к 25:1.
Примечание:
У дизельных двигателей не существует никаких свечей зажигания. Топливо воспламеняется за счет сжатого горячего воздуха (прямое вспрыскивание).

Видео. Работа дизельного двигателя

Система впрыска топлива дизельного двигателя.

Одно из основных отличий дизельного и бензиновых двигателей - поступление топлива в камеру сгорания. На сегодня в автомобилях на большинстве двигателей используется карбюратор. Карбюраторными двигателями называют двигатели, в которых основная часть процесса приготовления рабочей смеси жидкого топлива с воздухом осуществляется вне цилиндра в особом приборе – карбюраторе. Воспламенение рабочей смеси в карбюраторных двигателях осуществляется при помощи электрической искры. Карбюратор смешивает воздух и топливо прежде, чем воздух входит в цилиндр. Создается горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
На дизельных двигателях используются прямая система впрыскивания топлива - дизельное топливо поступает непосредственно в цилиндр.
Инжектор дизельного двигателя — самый сложный его компонент, в различных двигателях он может располагаться в разных местах. Инжектор должен выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом впрыскивать топливо мелкими частицами. Для равномерного распределения топлива в цилиндре в некоторых дизельных двигателях используются специальные впускные клапаны, предкамеры и другие устройства улучшения циркуляции воздуха в камере сгорания, а также дополнительные механизмы, способствующие воспламенению и горению.
В холодном дизельном двигателе сжатие не может нагреть воздух до температуры воспламенения топлива. Поэтому для запуска холодного двигателя используется свеча предпускового подогрева, которая представляет собой электрически нагреваемый провод, похожий на провод тостера.
На более маленьких двигателях и на двигателях, на которых нет запальных свечей используются компьютеры для управления. Конечно, механика - не единственное различие между дизельными двигателями и бензиновыми двигателями. Существуют также разные сорта топлива.

Статьи, посвященные дизельным двигателям

Видео. Составные части дизеля

Система ECM

Всеми функциями в современном двигателе управляет система ECM (Electronic Control Module) - электронный контрольный модуль (Электронный блок управления двигателем, компьютер управления), связывающая в себе детально разработанный набор датчиков. Эти датчики измеряют все процессы: начиная от давления масла и оборотов в минуту до уровня наклона самой машины. На сегодняшний день на больших двигателях редко используются свечи зажигания. Система ECM определяет окружающую температуру воздуха в холодную погоду, при этом сжимая воздух в цилиндре до нужного уровня, чтобы этот горячий воздух помог в запуске двигателя.

Дизельное топливо

Нефтяное топливо или просто нефть добывается из-под Земли с давних времен. Когда сырая нефть очищена в очистительных заводах, она подразделяется на несколько видов топлива, таких как бензин, реактивное топливо, керосин и конечно же дизель. Если Вы сравнивали когда-либо дизельное топливо и бензин, Вы кончено же обнаружили несколько отличий. Первое - это конечно же разный запах. Дизельное топливо более тяжелое и более жирное. Дизельное топливо сжигается намного медленнее, чем бензин, также его максимальная температура кипения больше температура воды. Вы можете часто слышать когда дизельное топливо называют дизельным маслом, изза его высокого уровня жирности. Дизельное топливо сжигается намного медленнее, так как оно более тяжелое чем бензин. В нем содержится больше атомов углерода, нежели в бензине (C9H20-бензин, по сравнению C14H30 - дизель). Для создания дизельного топлива требуется меньше фильтрации в нефти, поэтому обычно дизель дешевле чем бензин. Однако с 2004 года востребованность к дизельному топливу повысилась в связи с несколькими причинами, включая повышенную индустриальную отрасль и повышенное автомобилестроение в Китае и США.
Количество тепла или энергии, которое производит при сгорании дизель выше показателей бензина: при сгорании 1 галлона (3.8 литров) дизеля выделяется 155x10 в 6 степени Джоулей энергии, по сравнению с 1 галлоном (3.8 литров) бензина. Эта пропорция объясняет то, что при одном и том же количестве топлива, автомобиль с дизельным двигателем пройдет более длинное растояние, чем с бензиновым, другими словами дизель потребляет на 30% меньше топлива для производства одного и того же количества работы.
Дизельное топливо используется для приведения в действие множества разных транспортных средств и механизмов, имеет очень широкое применение. Конечно же дизельные двигатели используются на больших грузовиках, которые мы видим ежедневно, также на лодках, автобусах, маршрутках, поездах, подъемных кранах, а также на других генераторных машинах. Если вдуматься, то дизель оказывается играет большую роль в экономике, без его энергии не работала бы строительная промышленность, сельское хозяйство не развивалось бы на должном уровне без тракторов и комбайнов, работающих на дизельном топливе. Приблизительно 94 процента транспорта, включая поезда и грузовики, работают на дизельном топливе.
С точки зрения влияния дизеля на экологию окружающей среды есть некие преимущества и недостатки. К преимуществу относится то, что дизель выпускает относительно небольшое количества угарного газа, углеводородов и углекислого газа. Недостаток - содержание высокого количества азота и сажи в продукте сгорания, что может привести к кислотному дождю, отрицательно влияющего на здоровье человека.
В следующем разделе будут описаны некоторые усовершенствования в области дизельного топлива.

Инфо о дизелях в интернете

Дизельные усовершенствования и биодизель

Общее увеличение вредных выбросов в транспортной сфере представляет собой серьезную проблему, особенно с учетом роста населения и его потребностей в транспорте. В течение большого нефтяного кризиса в 1970-ых, европейские автомобильные компании начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого использования как альтернативу бензину. Люди, которые приобрели автомобили с дизельным двигателем были немного разочарованы: остатки продукта сгорания топлива и сажа оседают на задней части кузова, также двигатели относительно громкие.
За последние 30-40 лет произошло много усовершенствований в сфере автомобилей и создания более экологически чистого топлива. Процесс сгорания топлива и выхлоп вредных газов теперь управляются продвинутыми компьютерами, при этом увеличивая эффективность сгорания топлива и уменьшая выброс грязных веществ в атмосферу. Благодаря дизельному топливу со сверхнизким содержанием серы теперь можно в дизельных автомобилях внедрить значительные усовершенствования, сокращающие выбросы и содействующие снижению количества парниковых газов. Другие технологии, такие как фильтры и каталитические конвертеры помогают уменьшить количество выброса сажи и вредных газов в атмосферу.
Фильтр частиц извлекает почти все частицы сажи из потока выхлопного газа.
Окисляющий каталитический конвертер, который расположен близко к двигателю, очищает выхлопной газ, дожигая CO и HC, так, чтобы NO2, необходимый для дожигания сажи мог быть применен с высокой эффективностью во втором каталитическом конвертере. Так же в Евросоюзе непрерывно обновляются экологические стандарты, понижающие выброс грязных выхлопных газов в атмосферу. Евросоюз надеется в ближайшем будущем (2009-2010 гг) уменьшить это число от 25 мг газов км до 5 мг газовкм.
Вы возможно также слышали о биодизеле. Но что это ? тоже самое что и дизель? Биодизель - это альтернатива или добавка к дизельному топливу. Его не делают из нефти; биодизель -это не что иное, как метиловый эфир, обладающий свойствами горючего материала и получаемый в результате химической реакции из растительных жиров. (Интересный факт: Рудольф Дизель рассматривал обычные семена овощей как топливо для своего двигателя). Биодизель может служить добавкой в обычное дизельное топливо или полностью использоваться отдельно.

Дизельный двигатель автомобиля и окружающая среда.

Дизельное топливо и сера: проблемы и решения

Компас основан на статье с сайта www.howstuffworks.com