Дизельный двигатель работает, втягивая воздух и сжимая его до очень высокой степени (обычно между 14:1 и 23:1 ), а затем впрыскивает топливо непосредственно в этот горячий сжатый воздух, чтобы он воспламенился самостоятельно, без свечи зажигания. Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, является определяющей особенностью, которая отличает дизельный двигатель от бензинового двигателя, и именно по этой причине дизельные электростанции предпочитают использовать в грузовиках, генераторах, морских судах и тяжелой строительной технике, где крутящий момент и топливная экономичность имеют большее значение, чем производительность на высоких оборотах.
Четыре такта каждого дизельного двигателя
Каждый дизельный двигатель, независимо от размера, работает по одной и той же четырехтактной последовательности, которая преобразует химическую энергию топлива в механическое вращение коленчатого вала.
Впускной ход
Поршень движется вниз внутри цилиндра, в то время как впускной клапан открывается, втягивая только свежий воздух, без примеси топлива на этом этапе. Это отличается от бензинового двигателя, в котором топливо и воздух обычно смешиваются перед входом в камеру.
Ход сжатия
Впускной клапан закрывается, и поршень движется вверх, сжимая воздух в гораздо меньший объем. Поскольку степень сжатия дизеля очень высока, температура воздуха внутри цилиндра может подняться выше 700 градусов Цельсия , который достаточно горяч, чтобы воспламенить дизельное топливо без внешней искры.
Мощность удара
В верхней части такта сжатия топливная форсунка распыляет мелкий туман дизельного топлива прямо в перегретый воздух. Топливо воспламеняется почти мгновенно, и в результате расширения поршень возвращается вниз, создавая вращательную силу, которая в конечном итоге достигает колес или карданного вала.
Выхлопной ход
Поршень снова поднимается, выпускной клапан открывается, и отработанные продукты сгорания выталкиваются из цилиндра через выпускной коллектор, после чего цикл возобновляется с новым тактом впуска.
Почему момент впрыска топлива определяет производительность
Система впрыска топлива, пожалуй, самая важная из всех. автомобильная часть в дизельном двигателе, поскольку время и давление впрыска напрямую влияют на выходную мощность, шум и выбросы.
В современных дизельных двигателях используется система впрыска Common-Rail, в которой топливо удерживается под чрезвычайно высоким давлением, часто между 1500 и 2500 бар , внутри общей рампы перед распределением по отдельным форсункам с электронным управлением. Такая установка позволяет блоку управления двигателем подавать несколько небольших импульсов впрыска за цикл вместо одного большого импульса, что сглаживает сгорание и уменьшает характерную дизельную детонацию.
| Система впрыска | Типичное давление | Общее использование |
|---|---|---|
| Коммон Рейл | от 1500 до 2500 бар | Легковые грузовики, внедорожники |
| Блок Инжектор | До 2000 бар | Тяжелые шоссейные грузовики |
| Распределительный насос | от 300 до 1000 бар | Старые дизельные моторы, сельскохозяйственная техника |
Турбокомпрессоры и воздушная сторона сгорания
Дизельный двигатель сгорает так же эффективно, как и воздух, который он получает, поэтому почти каждый современный дизель использует турбокомпрессор для подачи дополнительного воздуха в цилиндры. Турбокомпрессор вращается, используя энергию выхлопных газов, которая в противном случае была бы потрачена впустую, и это вращающееся колесо компрессора подает больше кислорода при каждом такте впуска.
- Больше воздуха позволяет сжечь больше топлива за цикл, увеличивая мощность без увеличения блока цилиндров.
- Интеркулер часто устанавливается между турбиной и впускным коллектором для охлаждения сжатого воздуха, поскольку более плотный холодный воздух упаковывает больше молекул кислорода, чем горячий воздух того же объема.
- Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией регулируют угол наклона лопаток, обеспечивая наддув в более широком диапазоне оборотов двигателя, помогая дизельному двигателю сильно тянуть с низких оборотов.
Это одна из причин, по которой дизельные двигатели развивают высокий крутящий момент на низких оборотах двигателя, часто достигая пика значительно ниже 2000 об/мин , что делает их хорошо подходящими для буксировки и перевозки грузов.
Автомобильные детали, которые делают возможным воспламенение от сжатия
Несколько автомобильных деталей работают вместе, поддерживая процесс воспламенения от сжатия внутри дизельного двигателя, и каждая из них играет определенную механическую роль.
- Свечи накаливания нагревают камеру сгорания во время холодного запуска, поскольку холодный воздух сам по себе может не достичь температуры воспламенения при холодном двигателе.
- Топливные форсунки распыляют дизельное топливо в виде мелкой струи, благодаря чему оно равномерно смешивается со сжатым воздухом.
- Коленчатый вал и шатуны преобразуют движение поршня вверх и вниз во вращательное движение.
- Клапан рециркуляции выхлопных газов перенаправляет часть выхлопных газов обратно во впуск, чтобы снизить температуру сгорания и уменьшить образование оксидов азота.
- Сажевый фильтр улавливает частицы сажи из потока выхлопных газов до того, как газы покинут выхлопную трубу.
Почему дизельные двигатели работают более эффективно, чем бензиновые двигатели
Преимущество теплового КПД дизельного двигателя напрямую связано с его более высокой степенью сжатия. Согласно инженерным данным, опубликованным Министерством энергетики США, дизельные двигатели могут конвертировать примерно от 30 до 35 процентов энергии топлива в полезную работу по сравнению с примерно 20–25 процентами для типичных бензиновых двигателей, поскольку более высокая степень сжатия обеспечивает более полное расширение газов сгорания относительно поршня.
Дизельное топливо также содержит больше энергии на галлон, чем бензин, что увеличивает пробег. Такое сочетание более высокой эффективности сжатия и более плотной энергии топлива объясняет, почему дальнемагистральные грузовики, судовые двигатели и стационарные генераторы почти повсеместно полагаются на дизельную энергию, а не на бензин.
Общие моменты износа, на которые следует обратить внимание владельцам
Поддержание бесперебойной работы дизельного двигателя зависит от контроля за несколькими частями автомобиля, которые со временем испытывают наибольшую нагрузку.
Топливные фильтры
Форсунки дизельного топлива работают с чрезвычайно жесткими допусками, поэтому даже небольшое количество мусора или воды в топливе может привести к износу форсунок. Топливные фильтры следует менять с интервалами, указанными в руководстве пользователя, чтобы защитить систему впрыска.
Уплотнения турбокомпрессора
Поскольку турбокомпрессор вращается со скоростью, которая может превышать 100 000 об/мин , его внутренние подшипники и уплотнения чувствительны к качеству масла. Использование масла, указанного производителем, помогает турбонаддуву прослужить так же долго, как и остальная часть дизельного двигателя.
Состояние свечей накаливания
Изношенная свеча накаливания может заметно затруднить холодный запуск, особенно при низких температурах, поскольку без посторонней помощи камера сгорания не достигнет температуры воспламенения так быстро.
