Дизельный двигатель принцип работы: Устройство дизельных двигателей | Yanmar Russia

Дизельные двигатели: устройство и принцип работы

Раньше дизельный двигатель отличался дымностью, шумностью, неприятными запахами и тихоходностью. Сегодня у него высокая топливная экономичность и завидная эластичность. Его динамика порой недоступна даже машинам на бензине.

Однако для них требуется качественное дизтопливо, а ремонтировать их совсем недешево. В чем принцип работы и устройство дизельного двигателя? Какими он обладает преимуществами? 

О типах дизелей

Получили распространение силовые установки, имеющие раздельную камеру сгорания, в которые горючее подается в объем особой камеры в головке блока сверху цилиндра.Эти объемы соединяет канал. 

Форма вихревой камеры энергично закручивает воздушный поток, обеспечивая лучшее смешение и воспламенение без внешних источников. Эти процессы продолжаются также в основной камере сгорания.

Дизели с раздельной камерой сгорания имеют меньшую шумность, поскольку вихревая камера гасит скорость роста давления в начале самовоспламенения.

В дизелях без такого элемента самовоспламенение протекает прямо в объеме надпоршневого пространства. Поэтому они отличаются шумностью.

О работе дизельных моторов

Дизельный двигатель не нуждается в искровых свечах. Все начинается с заполнения цилиндров воздушной средой. При приходе поршня в верхнее положение(ВМТ) воздушная порция над цилиндром разогревается до 750 ± 50^оС и туда производится впрыск горючего, самовоспламеняющееся в отсутствии искрового разряда.

Дизельная силовая установка все же обладает свечами накала, чтобы разогревать к/с, чтобы облегчить пуск мотора в морозы. Они выглядят как спирали из металла, возможно, керамики, помещаемые в вихревую камеру (форкамеру) при наличии раздельной к/с,а также прямо в объем нераздельной к/с.

При запуске двигателя свечи накаливания сразу же разогреваются до 1000^оС и прогревают к/с для облегчения самовозгорания микста, образованного из топлива и воздуха.

Конструктивные отличия

По основному устройству дизели подобны бензиновым инжекторным моторам. Но вес подобных деталей дизеля по сравнению, с работающими на бензине, больше и лучше переносят высокое давление.

Дизели отличаются своими поршнями. Их форма диктуется разновидностью к/с и по ней просто выявить для какого двигателя предназначен этот поршень.К/с обычно располагается в поршне, верх которого, достигая ВМТ, выступает выше плоскости блока цилиндров.

Дизели характеризуется сжатием в 21±3 единицы, бензиновый – 10±1 единица. Он имеет принципиальную разницу над двигателем на бензине в формировании, воспламенении и сгорании горючей смеси.

Воздух и топливо в дизелях подается раздельно. Почти у всех современных дизелей имеется система наддува, повышающая его возможности. Чтобы оптимизировать наддув при любых оборотах, геометрия турбонагнетателей делается изменяемой. КПД, крутящий момент и вес агрегатов дизеля больше бензиновых.

Топливоподача в дизельном агрегате

В ДВС, включая дизели, очень важна подача топлива. Она обеспечивает подачу требуемой дозы горючего в нужное время и при необходимом значении давления в объем над цилиндром.

В прошлом был распространен механический впрыск горючего, затем появилась система на основе насоса-форсунки. Теперь более известен проект Common Rail.

ТНВД

Посредством топливного насоса высокого давления (ТНВД) в необходимом порядке нагнетается заданная доза горючего посредством гидромеханических форсунок, смонтированных в цилиндрах. Открытие таких форсунок происходит только тогда, когда давление достигнет наивысшего значения, а закрытие – после падения.

ТНВД делятся на рядные многоплунжерные и распределительные. Первый тип выглядит в виде отдельных секций. Причем одна секция приходится на один цилиндр. Она состоит из пары гильза-плунжер, а приводом для них служит кулачковый вал.Располагаются секции в таких узлах в ряд, поэтому они так и названы.

Рядные насосы сегодня устарели, поскольку не обеспечивают нормативов экологического и шумового характера. Стоит отметить следующее: величина давления впрыска связано с оборотами двигателя. 

Второй тип ТНВД в состоянии обеспечить большое давление впрыска по сравнению с первыми и после них токсичность выхлопа отвечает экологическим нормам.

Создаваемый ими напор также связан с режимом работы дизельной силовой установки.

В данных ТНВД процесс нагнетания топлива выполняет всего единственный плунжерный распределитель, который при поступательном перемещении подает дизтопливо, а при вращательном распределяет по цилиндрам, используя форсунки.Этот компактный насос обеспечивает завидную равномерность дозирования горючего до форсунок и надежность работы при высоких оборотах. 

Но для них требуется совершенно чистое и качественное дизтопливо еще и потому, что оно является смазкой для всех трущихся частей, которые имеют очень малые зазоры.

Строгие экологические требования, введенные 30 лет назад для дизельных двигателей, заставили заводы улучшать технологию топливоподачи. Было понятно, что с устаревшей механической системой питания с этой задачей не справится.  

Кардинального изменения ситуации можно было ожидать лишь, оптимизировав процесс горения микста топливо-воздух, обеспечив воспламенение всего его объема почти мгновенно, но, чтобы такое произошло нужна высокая точность дозировки и периода впрыска.

А получить такое можно лишь увеличением давления впрыска горючего и наличием электронного управления ходом топливоподачи. С увеличением давления впрыска вместе с улучшением распыла становится лучше смешение дизтоплива с воздухом.

Такое позволяет добиться практически полного сгорания горючего и снижает загрязненность выхлопных газов. Обычная система с ТНВД с таким повышением давления не справится из-за волнового гидравлического давления. Дальнейшее его повышение приведет к поломке топливопроводов.

Топливоподача в насосах-форсунках и Common Rail

Понадобились новые системы топливоподачи. И их удалось создать: объединив форсунки с плунжерным насосом для получения системы насос-форсунка, а заставив ТНВД нагнетать напор в рампе, была создана топливоподача Common Rail, откуда форсунки получают горючее и производится впрыск, которым руководит электронный блок управления (ЭБУ).

Монтируется насосно-форсуночный симбиоз в головке блока цилиндров и действуют от толкателя с кулачковым распредвалом. Подающими и сливными магистралями являются сверления в головке блока. Поэтому величина напора, развиваемая ими, достигает 2200 бар.

Дозируется высоконапорное горючее и управляется угол опережения впрыска ЭБУ, подачей команд на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насоса-форсунок.

Им доступна многоимпульсная работа. Вначале подается малая доза, а затем основная, что способствует смягчению функционирования мотора и снижению токсичности выхлопа. Но показатель давления впрыска в насос-форсунках изменяется с оборотами мотора, и они довольно дороги.   

Систему топливоподачи Common Rail стали устанавливать на машины, выпускаемые серийно, 23 года назад. Система подает топливо под высоким напором в к/с независимо от изменения скорости вращения коленвала и не связано с нагрузкой. 

ТВНД в Common Rail применяется для накачки рампы горючим высокого давления и не занято функцией дозирования горючего и изменения начала впрыска. В состав Common Rail входит аккумулятор высокого давления (рампа), топливный насос, ЭБУ и набор форсунок, завязанных на аккумулирующую емкость.

Горючее в рампе всегда находится под постоянным давлением величиной 1,8±2 тыс. бар, которое поддерживается ЭБУ изменением производительности ТНВД, и на это не могут повлиять ни обороты, ни нагрузка на мотор, ни последовательность, по которой работают цилиндры.

Управление форсунками осуществляет ЭБУ путем расчета оптимума времени и периода впрыска, получая сигналы, которые посылают датчики о позиции педали газа, давлении в рампе, температуре мотора, нагрузке и др.

Форсунки делятся на электромагнитные и пьезоэлектрические. Последние отличаются быстротой функционирования и прецизионностью дозировки. Также они рассчитаны на многоимпульсный режим работы. Предварительно подается несколько капель, которые, сгорая, повышают температуру над цилиндром. А затем подается основная доза. 

Дизельному агрегату – мотору с самовоспламенением горючего при сжатии – такая ступенчатая подача топлива очень полезна, поскольку способствует плавному увеличению давления в цилиндрах. В результате наблюдается мягкое, тихое и экологичное функционирование.

Способ многократной подачи горючего также снижает температуру в цилиндрах и уменьшает образование NО в выхлопе дизельного двигателя.

Возможности агрегата с Common Rail определяет давление впрыска.У третьего поколения этой системы характерное давление составляет 2,0 тыс. бар. Четвертое поколение, готовое к серийному выпуску, будет выдавать давление 2,5 тыс. бар.

Дизельные двигатели: ремонт

Эти моторы чаще всего ломаются из-за следующих причин:

• низкого качества солярки;
• заводского брака или частностей мотора;
• непрофессионального техобслуживания и недостаточно грамотного использования;
• естественного износа мотора и системы питания;
• низкого качества ремонта и запчастей.

В автосервисе Дизель-Моторс можно сделать ремонт дизельного двигателя любого типа. Причем мы гарантируем высокое качество ремонта, квалифицированное обслуживание и доступные цены.  

Принцип работы дизельной системы — Denso

Система впрыска топлива находится в самом сердце дизельного двигателя. Система нагнетает и впрыскивает топливо в  камеру сгорания с воздухом под большим давлением.

Система впрыска дизельного топлива включает в себя:

• ТНВД — нагнетает давление топлива
• Топливопровод высокого давления — подает топливо в топливную форсунку
• Топливная форсунка — впрыскивает топливо в цилиндр
• Топливоподкачивающий насос — подает топливо из бака
• Топливный фильтр — фильтрует топливо

В некоторых баках на дне фильтра находится седиметр, отделяющий воду от топлива.

Функции системы

Четыре основные функции системы впрыска дизельного топлива:

Подача топлива

Такие элементы насоса, как цилиндр и плунжер, встроены в корпус впрыскивающего насоса. Когда плунжер под воздействием кулачка поднимается, топливо под высоким давлением подается в инжектор.

Регулировка количества топлива

В дизельных двигателях забор воздуха происходит практически постоянно, вне зависимости от скорости вращения или нагрузки. Если количество впрыска меняется вместе со скоростью двигателя, а регулировка впрыска остается неизменной, то мощность и расход топлива изменятся. Эффективная мощность двигателя почти пропорциональна количеству впрыска, и это регулируется при помощи педали газа.

Установка момента впрыска

Задержка впрыска — это время между моментом впрыска топлива, зажигания и сгорания и моментом достижения максимального давления сгорания. Вне зависимости от скорости двигателя этот период времени остается постоянной величиной. Для изменения момента впрыска используется таймер, что помогает достичь оптимального сгорания.

Распыление топлива

Когда впрыскивающий насос нагнетает давление топлива, которое потом распыляется через распылитель форсунки, то топливо полностью смешивается с воздухом, что улучшает зажигание. Результат — полное сгорание.  

Как это работает: дизельный двигатель. Часть 1.

    В самом первом выпуске рубрики «Как это работает», мы рассказывали про основные типы двигателей, их историю, обозначили преимущества и недостатки каждого типа, а так же в общем рассмотрели их принцип работы. Теперь самое время углубиться в нюансы работы одного из самых распространенных, но малопонятных — дизельных двигателей.

    Опишем его работу в двух статьях. Итак, в первой части Вы вспомните основы работы дизеля и узнаете про разделенные и неразделенные камеры сгорания (непосредственный впрыск).

 

 

 

    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 топливо-воздушной смеси. 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 следующим 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 (в последующем будет рассказано, как эти показатели снизили).

 

 

 

 

 

    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.

 

 

    Особенности:

 

Свечи накаливания в дизельных двигателях

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.

   

 
    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.

     Раньше 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.

 

 

 

    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.

 

    Тем не менее, трудности были решены и система непосредственного впрыска открыла «второе дыхание» для дизельных двигателей. Подробности об этом будут в следующей части.

 

советы, нюансы, правила :: Autonews

Современные дизельные двигатели разбивают старые мифы о том, что топливо для них является уделом медленных и чадящих грузовиков. Даже в России, где культура использования дизеля развита не так хорошо, как в Европе, в отдельных сегментах его доля оказывается очень высокой.

По данным аналитического агентства «Автостат», за девять месяцев 2019 г. в России было продано почти 100 тыс. дизельных легковушек, что составляет более 8% парка, а в сегменте внедорожников и больших кроссоверов она превышает 50%. При этом доля дизельных машин у бренда BMW в России составляет 70,6%, а Land Rover продает 79% таких автомобилей — хороший дизель обходит бензиновые моторы даже в сегменте автомобилей для водителя.

Чем технически отличается дизельный двигатель

Если в бензиновом двигателе горючая смесь воздуха и топлива формируется во впускном коллекторе, подается в цилиндр и там воспламеняется с помощью свечи зажигания, то в дизельном смесь самовоспламеняется от сжатия после того, как впрыскивается под высоким давлением в цилиндр с уже сжатым и нагретым воздухом, мгновенно образуя горючую смесь.

В дизельном двигателе свечи зажигания не используются вовсе, а само топливо испаряется медленнее, поэтому вероятность возгорания минимальна. Благодаря использованию более жесткого и прочного блока цилиндров и элементов цилиндропоршневой группы дизельные моторы в целом долговечнее бензиновых, а сама конструкция менее требовательная к обслуживанию.

За что любят дизель

Главное преимущество дизеля — экономичность: при примерно равных мощностных характеристиках дизельный двигатель потребляет на треть меньше топлива, чем бензиновый. Даже те, кто не считает затраты на топливо, ценят большие пробеги без необходимости тратить время на заправках. Но важно при этом выбирать качественное топливо вроде «Дизель Опти» c улучшенными характеристиками от АЗС «Газпромнефть» — оно напрямую влияет на экономичность.

Дизельные моторы отличаются более высокой тяговитостью и большим крутящим моментом на низких оборотах. Это значит, что автомобиль с таким двигателем быстрее реагирует на акселератор и легко ускоряется в городском потоке, не тратя время на переключения передач. Эта легкость с лихвой компенсирует более спокойное поведение на высоких оборотах, так как 99% времени автомобиль проводит в потоке транспорта, а не на треке. Кроме того, характеристики дизеля удобнее на бездорожье, где требуется крепкая и легко контролируемая тяга.

Что с зимним пуском и прогревом машины

Проблема зимнего пуска дизельного двигателя напрямую связана со свойствами самого топлива. Если летний дизель густеет при -5 градусах и не прокачивается через фильтры и трубопроводы топливной системы, то зимний может работать и при -45 градусах. В итоге любой исправный дизельный автомобиль с сезонным топливом и качественным моторным маслом пускается так же легко, как бензиновый.

Высокая эффективность дизельных двигателей обуславливает более медленный прогрев силовой установки, поэтому считается, что зимой они не могут нормально прогреть салон машины. На самом деле, любой современный мотор, включая бензиновый, не спешит отдавать тепло, но эта проблема легко решается двумя способами. Во-первых, термостаты эффективно перераспределяют тепло двигателя, а во-вторых, почти все дизельные машины комплектуются дополнительными электрическими обогревателям салона, благодаря которым тепло начинает поступать в первые минуты после пуска.

Тем, кто любит садиться в уже теплый автомобиль, можно посоветовать систему дистанционного пуска, но лучше поставить более экологичный и экономичный предпусковой подогреватель, который работает на том же дизеле, но тратит его только на обогрев салона и прогрев охлаждающей жидкости двигателя. Такую опцию можно установить на все дизельные автомобили штатно или в специализированных мастерских.

Как правильно запускать двигатель

Для облегчения зимнего пуска дизель использует свечи накаливания — устройства, которые быстро прогревают камеру сгорания в течение нескольких секунд. После поворота ключа зажигания на панели приборов зажжется символ работы свечей (обычно спираль), который гаснет через две-пять секунд в зависимости от температуры двигателя — можно включать стартер. На автомобилях с кнопкой пуска двигателя все еще проще: после нажатия клавиши система сама выдержит нужную паузу до включения стартера.

В особенно холодных условиях можно несколько раз подряд включить свечи накаливания, поворачивая ключ зажигания, но не включая стартер, либо нажимая кнопку пуска без удержания педали тормоза (стартер в этом случае не включится). Но это уже избыточные меры для очень холодных зим, потому что современные дизели при использовании зимней солярки и правильных масел легко пускаются с первого раза после ночной стоянки даже в -30 градусов.

Каким топливом заправляться

Зимой дизель следует заправлять исключительно зимним дизтопливом, поэтому на крупных сетевых АЗС всегда тщательно соблюдают сезонность. Современные двигатели очень требовательны к качеству топлива, поэтому оно должно соответствовать всем действующим стандартам. Хорошее топливо не только обеспечивает надежный пуск, но и чистит топливную систему от нагара и отложений, заметно повышает экономичность машины и уменьшает стоимость ее содержания. Именно так работает «Дизель Опти», который реализуется на заправках сети «Газпромнефть».

Еще одним преимуществом фирменного топлива является стабильность его характеристик на любой заправки сети. Так, во время испытаний топлива «Дизель Опти» подопытный Toyota Land Cruiser 200 заправлялся в разных регионах страны при температурах от -5° до +25° и демонстрировал абсолютную стабильность характеристик динамики, расхода и легкости пуска. После 7000 км пробега топливная система была разобрана, и инженеры отметили ее идеальное состояние, а некоторые характеристики даже улучшились благодаря очищающим свойствам топлива.

Кроме того, топливо «Опти» из года в год подтверждает свое высокое качество в экстремальном ралли-марафоне «Шелковый путь», который проходит по территории России, Монголии и Китая. Сеть АЗС «Газпромнефть» заправляет автомобили организаторов и участников ралли, заодно тестируя твое топливо в жесточайших условиях песчаных пустынь, безлюдных степей и крепких утренних морозов.

Газ на дизельный двигатель — газодизель с ГБО

Газобаллонная система и дизель

Газ устанавливался на дизельные двигатели очень редко в отличии от бензиновых. Бензиновый и дизельный агрегаты очень сильно различаются по принципам воспламенения топлива, а также по степени сжатия.

Бензиновый — поджигает топливо при помощи свечей зажигания. А степень сжатия у него примерно 10:1.

Дизельный — поджигает топливо благодаря большой степени сжатия в цилиндрах, здесь она 18:1 и у него отсутствуют свечи зажигания.

Установка и эксплуатация газобаллонного оборудования в бензиновых агрегатах не вызывает сложностей, так как газ поджигается свечами аналогично бензину, а октановое число газа корректируется ЭБУ (электронным блоком управления). В дизеле смесь загорается от давления. Зажечь газ давлением не получается и такой подход не подходит для ГБО.

Сложности эксплуатации ГБО на дизеле

Причин всего три:

• Температура самовоспламенения дизеля 385 градусов Цельсия, а пропана и метана 700 градусов.
• Соответственно газообразное топливо нужно поджигать. Но в дизеле нет свечей!
• Октановое чисто дизеля 60 против 120 единиц у газа. Чтобы мотор не пошел в «разнос», нужно снизить либо октановое число, либо степень сжатия.

Как видите реализация достаточно сложная, однако найдено два решения использования газа на дизельном агрегате.

Два принципа работы

Полная переделка. Способ спорный и не всегда эффективный как кажется на первый взгляд. Двигатель полностью переделывается с дизеля на газ. Минусом такого переоборудования является невозможность использования дизеля.

Агрегат модернизируют, чтобы он не вышел из строя, степень сжатия снижают до 12:1. Делается это для того, чтобы двигатель смог переварить октановое число в 120 единиц.

Устанавливается система поджога смеси, аналогично бензиновым агрегатам, то есть устанавливаются свечи. Такой мотор уже никогда не вернется к дизельному топливу. Еще одним минусом является цена такой переделки, она действительно велика.

Комбинированный принцип работы Dual Fuel. Легкореализуемый и недорогой вариант. Здесь нет полного отказа от дизельного топлива. В цилиндры подается как дизель так и газ попеременно.

Чтобы газ поджегся используется дизельное топливо. Ведь свечей здесь просто нет.

Принцип работы:

• двигатель запускается на дизельном топливе;
• активируется газовая система, дизель сжимается—воспламеняется и в момент воспламенения в цилиндр подается газ, который загорается от уже воспламененного топлива;
• открываются клапана и сгоревшая смесь отводится;
• цикл повторяется.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе – Турбобаланс

Дизельный двигатель, относящийся к категории двигателей внутреннего сгорания, был изобретён в феврале месяце 1893года в Германии инженером Рудольфом Дизелем.

С момента изобретения двигатель постоянно усовершенствовался, менялись виды топлива, способы его подачи, баланс топливной смеси и т.д.

Собранные по классической схеме двигатели, используют принцип превышения атмосферного давления над давлением, создающимся в цилиндре в момент движения поршня к нижней мёртвой точке. Однако за счёт незначительного времени затраченного на выполнения этого действия и небольшого перечного сечения воздухоподводящего канала поступающего воздуха недостаточно для полного сгорания топливной смеси.

Позже на родине Рудольфа Дизеля нашли способ решения данной проблемы. Воздух в цилиндры должен подаваться под избыточным давлением! Это основной принцип работы турбины на дизельном двигателе

Для этой цели было разработано специальное устройство, совмещающее в себе свойства вентилятора и компрессора. Это устройство приводилось в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя, что снижало коэффициент полезного действия всей конструкции в целом.

Следующим усовершенствованием системы подачи воздуха стала установка в качестве привода для компрессораспециальной турбины, которая приводилась во вращение за счёт использования энергии потока использованных отработанных газов.

Однако при работе двигателя на малых оборотах, воздуха подаваемого в цилиндры компрессором было недостаточно для полноценной работы дизеля. Вскоре и этот вопрос был решён путём установки двух турбин различного диаметра и приводимых во вращение выхлопными газами, забираемыми из разных частей выпускного тракта. Турбина меньшего диаметра разгонялась быстрее и обеспечивала работу двигателя на малых оборотах, а большая турбина работала при больших оборотах двигателя, что качественно изменило принципы работы турбины на дизельном двигателе. Так же для уменьшения турбоямы использовались механизмы изменяемой геометрии.

Работает турбокомпрессор следующим образом:

— Выхлопные газы, отводимые от выпускного коллектора дизеля, направляются в приемный патрубок турбокомпрессора.

— Проходят по каналу корпуса турбины, который постепенно уменьшается в сечении, а газы увеличивают скорость и воздействуя на ротор заставляют вращаться турбину. Число оборотов турбины зависит от многих факторов: конфигурации канала, его формы, сечения и т.д. Турбина вращается со скоростью около150000 об/сек, её размеры подбираются в зависимости от типа двигателя.

— Наружный воздух, проходя через фильтрующий элемент, очищается от пыли и других посторонних примесей и в сжатом состоянии попадает во впускной коллектор дизеля. После этого происходит закрытие впускного канала, дополнительное сжатие топливной смеси и её воспламенение. В завершении рабочего цикла открывается выпускной коллектор.

Поскольку уходящие выхлопные газы имеют температуру около 800° — 900° С, турбокомпрессор имеет систему охлаждения, радиатором которой является корпус подшипника. При работе турбокомпрессора, за счёт сжатия и увеличения внутренней силы трения воздух, нагнетаемый в цилиндры дизеля подогревается до температуры около 170°С. Во время охлаждения воздух «сгущается», то есть увеличивается, его плотность и соответственно взрастает, объём подаваемого воздуха. Подача в двигатель охлаждённого воздуха положительно влияет на повышение мощности дизеля, что в свою очередь снижает потребление топлива, уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду.

Турбокомпрессорные двигатели имеют перед обычными двигателями определённые преимущества:

• При одних и тех же энергозатратах расход топлива меньше, поскольку часть энергии выхлопных газов, раскручивая турбокомпрессор, подавая большее количество воздуха в цилиндры двигателя, увеличивает его мощность.
• Двигатели с турбокомпрессорами имеют меньший наружный объём и соответственно меньшие потери нагрева.
• За счёт относительно небольшого веса на 1Л.С. мощности снижается расход металла на сам двигатель и конструкцию, на которой он установлен.
• Также меньше объём отсека, в который может быть установлен турбодвигатель.
• За счёт малого числа оборотов при номинальной мощности турбодвигатели обладают лучшими нагрузочными характеристиками.
• В условиях разряженного воздуха, за счёт высокого давления развиваемого турбокомпрессором и низкого внешнего давления турбодвигатель имеет огромные преимущества в сравнении с обычным двигателем, поскольку мощность его практически не теряется.
• турбодвигатель за счёт малых размеров имеет меньшую звукоизлучающую поверхность, а турбокомпрессор работает как дополнительный глушитель.

Имеет турбонаддув и свои недостатки – это заметная задержка набора мощности при резком нажатии на педаль акселератора. Такое случается в связи с тем, что отсутствует механическая связь коленчатого вала и турбины Мощность начинает расти, когда турбина раскрутится выхлопными газами. Хотя подобное явление в той или иной степени наблюдается у любого двигателя.

Основное применение дизельные двигатели с турбонаддувом нашли на автомобилях большой грузоподъёмности, работающих с полной нагрузкой.

Дизельный электроход

Большинство гражданских судов передвигаются за счёт энергии дизельного двигателя, направленной на вращение вала. Такой способ является наиболее удобным как со стороны функциональности, так и со стороны уменьшения затрат на обслуживание двигателя. Однако более современные модели судов, которым требуется высокая манёвренность и как можно более низкий уровень шума и вибрации (например, некоторые пассажирские суда), используют энергию сгорающего дизельного топлива для приведения в действие электродвигателя, который, в свою очередь, вращает вал. Такие суда называются дизельными электроходами.

В работе дизельного электрохода кроется принцип действия дизельного генератора. Преимущества электродвигателя как посредника энергии перед собственно дизельным двигателем очевидны:

·         Возможность плавно и быстро менять скорость и направление движения. Это полезно не только для небольших пассажирских судов, но и для промышленных моделей, которым предписано действовать в условиях нехватки пространства.

·         Повышенная манёвренность. Возможность быстро повысить или понизить обороты двигателя позволяет проходить в самые узкие протоки без потерь скорости.

·         Почти полное отсутствие вибрации и низкий уровень шума. Главная беда дизельного привода состояла в том, что он издавал ужасный шум, из-за чего требовалась изоляция двигателя от остального пространства судна.

·         Лучшие условия работы дизельного двигателя. Возможность работать на постоянных оборотах продлевает ресурс дизельного двигателя без ущерба для производительности электропривода. Кроме того, это заметно снижает расход топлива.

·         Возможность размещения генератора в любом месте судна.

·         Возможность заменить дизельный двигатель на любой аналог соответствующей мощности в случае поломки.

·         Отсутствие длинных приводных валов, идущих от двигателя к гребным винтам. Это ещё больше снижает вибрацию и экономит пространство трюма.

Единственным существенным недостатком электроходов является их высокая стоимость по сравнению с судами, оснащёнными обычным дизельным приводом. Это и послужило причиной того, что дизельный электроход так и не прижился в системе судов и не получил массового распространения.

Помимо дизельного варианта электрохода, различают и другие, классифицируемые по типу тягового двигателя:

·         Турбоэлектроходы, приводимые в действие бортовой турбиной.

·         Атомоходы, движущим элементом которых является ядерная силовая установка.

·         Электроходы, работающие от внешнего источника электроэнергии. Самый нераспространённый вариант электрохода, получающий энергию от контактной сети подобно троллейбусу.

·         Электроходы на аккумуляторах. Ввиду малой ёмкости аккумулятора используются только в развлекательных целях.

·         Электроходы на солнечных батареях. Достаточно перспективная разновидность электрохода, ещё не вышедшая из стадии экспериментов.

Как работают дизельные двигатели | HowStuffWorks

Одна из самых популярных статей HowStuffWorks — «Как работают автомобильные двигатели», в которой объясняются основные принципы внутреннего сгорания, обсуждается четырехтактный цикл и рассказывается обо всех подсистемах, которые помогают двигателю вашего автомобиля выполнять свою работу. В течение долгого времени после того, как мы опубликовали эту статью, одним из наиболее частых вопросов (и одним из наиболее частых предложений, внесенных в ящик для предложений) был: «В чем разница между бензиновым и дизельным двигателями?».

История Diesel фактически начинается с изобретения бензинового двигателя .Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель к 1876 году. В этом изобретении использовался принцип четырехтактного сгорания, также известный как «цикл Отто», и это основная предпосылка для большинства современных автомобильных двигателей. На начальном этапе бензиновый двигатель был не очень эффективным, и другие основные методы транспортировки, такие как паровой двигатель , также не справлялись. Только около 10 процентов топлива, используемого в этих типах двигателей, действительно приводило в движение транспортное средство. Остальное топливо просто произвело бесполезное тепло.

В 1878 году Рудольф Дизель посещал среднюю политехническую школу Германии (эквивалент инженерного колледжа), когда узнал о низкой эффективности бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя с более высоким КПД , и он посвятил большую часть своего времени разработке «двигателя внутреннего сгорания». К 1892 году Дизель получил патент на то, что мы теперь называем дизельным двигателем.

Если дизельные двигатели настолько эффективны, почему бы нам не использовать их чаще? Вы можете увидеть слова «дизельный двигатель» и подумать о больших, здоровенных грузовых автомобилях, извергающих черный дымный дым и создающих громкий грохочущий звук.Этот негативный образ дизельных грузовиков и двигателей сделал дизельное топливо менее привлекательным для случайных водителей в Соединенных Штатах — хотя дизельное топливо отлично подходит для перевозки крупных грузов на большие расстояния, оно не было лучшим выбором для повседневных пассажиров. Однако это начинает меняться, поскольку люди улучшают дизельный двигатель, чтобы сделать его чище и менее шумным.

Если вы еще этого не сделали, вы, вероятно, сначала захотите прочитать «Как работают автомобильные двигатели», чтобы получить представление об основах внутреннего сгорания.Но поспешите назад — в этой статье мы раскрываем секреты дизельного двигателя и узнаем о некоторых новых достижениях.

Как работает дизельный двигатель?

(Обновлено 17 апреля 2020 г.)

Когда люди думают о дизельном двигателе, они часто представляют себе большой грузовик, который везет много предметов. Хотя дизельные двигатели обычно используются в более крупных транспортных средствах, они действительно могут быть установлены на транспортных средствах любого размера. Преимущество дизельного двигателя — увеличение количества миль на галлон. Поскольку водители грузовиков постоянно находятся в пути большую часть дня, для них более экономично управлять автомобилем с дизельным двигателем, чем на автомобиле с бензиновым двигателем.Причина того, что дизельные двигатели обеспечивают лучший расход топлива, заключается в том, что они имеют меньшее количество оборотов в минуту.

В отличие от бензинового двигателя, воздух — единственное, что сжимается в камере. Затем этот сильно сжатый воздух используется для воспламенения дизельного топлива. Это отличается от бензинового двигателя, который требует отдельных свечей зажигания для создания искры зажигания. Дизельному двигателю такая искра не нужна. Он полагается исключительно на сильно сжатый воздух, чтобы произвести достаточно тепла для надлежащего воспламенения топлива.

Читайте также: Принцип работы бензинового двигателя

Четыре такта дизельного двигателя

Есть два типа дизельных двигателей; четырехтактный двигатель и двухтактный двигатель. Типичный дизельный двигатель будет иметь четыре такта, как и бензиновый двигатель. Однако процесс гребков отличается от тактов на бензине. Основное различие между этими двумя процессами связано с тем, как топливо подается и зажигается.

По иронии судьбы, еще один немецкий инженер был ответственным за изобретение четырехтактного дизельного двигателя.Звали этого изобретателя Рудольф Дизель, который изобрел процесс, названный «Дизельный цикл». Этот цикл основан на более высокой степени сжатия воздуха. Тепло, вырабатываемое этим сжатым воздухом, может достигать температуры от 400 ° C до 800 ° C. Иногда температура даже поднимается выше этой. Но необходимо, чтобы температура поднялась до этой величины, потому что в противном случае дизельное топливо не сможет воспламениться.

Ниже представлены 4 такта дизельного двигателя.

Ход № 1 — Первый ход дизельного цикла практически идентичен бензиновому циклу. Впускной клапан открывается и пропускает наружный воздух внутрь. Цилиндры внизу получают этот воздух из-за движения вниз поршней, которые втягивают воздух в них.

Ход № 2 — Второй ход включает сжатие. После закрытия впускного клапана воздух сжимается, поскольку поршни начинают двигаться вверх. В этой области есть небольшое замкнутое пространство, обеспечивающее более высокое сжатие.

Ход № 3 — Третий ход будет включать сгорание. Когда воздух становится сильно сжатым, он начинает сильно нагреваться. Топливные форсунки будут распылять дизельное топливо в камеру сгорания, где находится весь этот горячий сжатый воздух. Как только топливо соприкасается с этим сжатым воздухом, оно немедленно воспламеняется. Результатом этого воспламенения является тепловая энергия, которая создает мощность, необходимую для движения транспортного средства.

Ход № 4 — Четвертый ход связан с выхлопом.Все образовавшиеся выхлопные газы будут вытеснены из открытого выпускного клапана из-за поршней. Это создает печально известный черный дым, которым славятся дизельные автомобили. Этот дым будет выходить из труб и / или выхлопной трубы.

Читайте также: Сравнение дизельного двигателя и бензинового двигателя

Заключение

Опять же, для дизельных двигателей нет свечей зажигания, о которых нужно беспокоиться. Это может быть на одну часть обслуживания меньше, о которой вам придется беспокоиться.С другой стороны, вы все равно должны продолжать обслуживать свой двигатель, регулярно принося свой автомобиль в автомагазин для проверки. Это гарантирует, что вы получите максимально возможный срок службы вашего дизельного двигателя.

Принцип работы дизельного двигателя Cummins | by Starlight Generator

Как мы знаем, Cummins является крупнейшей в мире компанией по разработке, производству и продаже дизельных двигателей и двигателей, работающих на сжатом природном газе. Самая известная компания Cummins в Китае — DCEC Cummins и CCEC Cummins (совместное китайско-американское предприятие, основанное в октябре 1995 года и расположенное в городе Чингцин.).

В этой статье мы в основном говорим о принципе работы дизельных двигателей CCEC Cummins.

ПРИМЕЧАНИЕ: От дизельного двигателя Chong Qing-Cummins можно ожидать надежного обслуживания, если рабочие процедуры основаны на четком понимании принципов работы двигателя. Каждая часть двигателя влияет на работу всех остальных рабочих частей и двигателя в целом. Дизельные двигатели Ching Qing-Cummins, рассматриваемые в данном руководстве, представляют собой четырехтактные, высокоскоростные, полностью дизельные двигатели.

Дизельные двигатели Chong Qing-Cummins (CCEC Cummins) отличаются от двигателей с искровым зажиганием по многим параметрам. Степени сжатия выше, заряд, попадающий в камеру сгорания во время такта впуска, состоит только из воздуха без топливной смеси. Форсунки Cummins получают топливо низкого давления от топливного насоса и доставляют его в отдельные камеры сгорания в нужное время в равном количестве и в распыленном состоянии для сжигания. Возгорание топлива вызвано теплом сжатого воздуха в камере сгорания.

Легче понять функцию частей двигателя, если известно, что происходит в камере сгорания во время каждого из четырех ходов поршня цикла. Четыре хода и порядок, в котором они происходят: ход впуска, ход сжатия, ход мощности и ход выпуска.

Для правильной работы четырех тактов клапаны и форсунки должны действовать в прямом отношении к каждому из четырех ходов поршня. Впускные клапаны, выпускные клапаны и форсунки приводятся в действие распределительным валом, связаны толкателями или толкателями, толкателями, коромыслами и крейцкопфами клапанов.Распределительный вал приводится в действие шестерней коленчатого вала, поэтому вращение коленчатого вала направляет действие распределительного вала, который, в свою очередь, управляет последовательностью открытия и закрытия клапанов и синхронизацией впрыска (подача топлива).

Ход впуска

Во время такта впуска поршень движется вниз; впускные клапаны открыты, а выпускные клапаны закрыты. Движение поршня вниз позволяет воздуху из атмосферы попадать в цилиндр. В двигателях с турбонаддувом во впускном коллекторе создается давление, поскольку турбонагнетатель нагнетает больше воздуха в цилиндр через впускной коллектор.Впускной заряд состоит только из воздуха без топливной смеси.

Ход сжатия

В конце такта впуска впускные клапаны закрываются, и поршень начинает движение вверх на такте сжатия. Выпускные клапаны остаются закрытыми.

В конце такта сжатия воздух в камере сгорания был вынужден поршнем занимать меньшее пространство (в зависимости от модели двигателя и от одной четырнадцатой до одной шестнадцатой по объему), чем он занимал в начале такта.Таким образом, степени сжатия прямо пропорциональны количеству воздуха в камере сгорания до и после сжатия.

Сжатие воздуха в небольшом пространстве вызывает повышение температуры этого воздуха до точки, достаточной для воспламенения топлива.

Во время последней части такта сжатия и начальной части рабочего такта в камеру сгорания впрыскивается небольшой дозированный заряд топлива.

Практически сразу после впрыска топлива в камеру сгорания топливо воспламеняется имеющимся горячим сжатым воздухом.

Power Stroke

В начале рабочего хода поршень толкается вниз горящими и расширяющимися газами; как впускной, так и выпускной клапаны закрыты. По мере того, как добавляется и сгорает больше топлива, газы нагреваются и расширяются, заставляя поршень опускаться вниз и тем самым увеличивая движущую силу вращения коленчатого вала.

Такт выпуска

Во время такта выпуска впускные клапаны закрыты, выпускные клапаны открыты, а поршень движется вверх.

При перемещении поршня вверх сгоревшие газы выходят из камеры сгорания через открытые отверстия выпускного клапана в выпускной коллектор.

Правильная работа двигателя зависит от двух вещей: во-первых, сжатия для зажигания; и во-вторых, чтобы топливо измерялось и впрыскивалось в цилиндры в нужном количестве в нужное время.

Возможно, вам также понравится Бесшумный генератор Cummins

Принцип действия и рабочий цикл дизельного двигателя

Подобно бензиновому двигателю, дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания типа .Горение — это другое слово для обозначения горения, а внутреннее означает внутри, поэтому двигатель внутреннего сгорания — это просто двигатель, в котором топливо сжигается внутри основной части двигателя (цилиндров), где вырабатывается энергия. Основное различие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в том, что в дизельном двигателе топливо распыляется в камеры сгорания через форсунки топливных форсунок именно тогда, когда воздух в каждой камере находится под таким большим давлением, что он достаточно горячий, чтобы воспламениться. топливо самопроизвольно.Температура воздуха внутри камеры сгорания поднимается выше 400–800 ° C. Это, в свою очередь, воспламеняет дизельное топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания. Таким образом, «Дизельный цикл» , не использует внешний механизм, такой как свеча зажигания, для воспламенения топливовоздушной смеси.

В основном существует два типа дизельных двигателей: четырехтактный и двухтактный. «Дизельный цикл» также известен как цикл сжатия-зажигания и использует более высокую степень сжатия.Он был назван в честь немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который изобрел и разработал первый четырехтактный дизельный двигатель. Хотя четыре такта дизельного двигателя аналогичны тактовому у бензинового двигателя, «дизельный цикл» значительно зависит от способа подачи дизельного топлива в двигатель и метода его воспламенения.

Читайте также: Сравнение дизельных автомобилей и бензиновых автомобилей

Четырехтактный дизельный двигатель работает по следующему циклу:

1. Ход всасывания — При движении поршней вниз и открытии впускного клапана создается всасывание чистого воздуха в цилиндры.
2. Ход сжатия — При закрытии впускного клапана область над поршнем закрывается. Поршень движется вверх, что приводит к сжатию воздуха в ограниченном пространстве при более высокой степени сжатия.

Процесс сгорания — На этом этапе форсунка распыляет дизельное топливо в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха, вызванное его сжатием; приводит к мгновенному сгоранию дизельного топлива с взрывом. Это вызывает выделение тепла, которое генерирует расширяющие силы, известные как мощность.

3. Power Stroke — Эти силы снова толкают поршни вниз, вызывая их возвратно-поступательное движение.

4. Ход выхлопа — По пути вверх поршни проталкивают выхлопные газы над собой через выпускной клапан, который открывается во время такта выпуска. Этот цикл повторяется до тех пор, пока двигатель не выключится, что приведет к продолжению работы двигателя.

Достоинства и недостатки дизельных двигателей

Дизели — это самые универсальные двигатели, работающие на топливе, которые широко используются сегодня, которые можно найти во всем, от поездов и кранов до бульдозеров и подводных лодок.По сравнению с бензиновыми двигателями они проще, эффективнее и экономичнее. Они также более безопасны, потому что дизельное топливо менее летучее, а его пары менее взрывоопасны, чем бензин. В отличие от бензиновых двигателей, они особенно хороши для перемещения больших грузов на низких скоростях.

Загрязнение — один из самых больших недостатков дизельных двигателей: они шумные и производят много несгоревших частиц сажи, которые являются грязными и опасными для здоровья. Теоретически дизели более эффективны, поэтому они должны использовать меньше топлива, производить меньше выбросов углекислого газа и меньше способствовать глобальному потеплению.

Читайте также: Принцип работы бензинового двигателя и рабочий цикл

Мы помогаем узнать вам о различных важных моделях автомобилей, предоставляя краткое и убедительное содержание. Мы также предлагаем обслуживание вашего автомобиля по цене ниже рыночной…. Если вы обнаружили, что эта статья полезна и содержит важные факты, не забудьте поставить лайк и поделиться с друзьями… ..

Если у вас есть предложения или вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам и писать свои слова в поле для комментариев.Мы ответим вам в ближайшее время …

Источник изображения: Crankit

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Дизели главной двигательной установки подводных лодок — Глава 1

1 ПРИНЦИПЫ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ A. РАЗВИТИЕ 1А1.Общий. Для того, чтобы функция и эксплуатация подводных дизельных двигателей может Чтобы быть полностью понятым, необходимо кратко описать историю и развитие, ведущее к современному дизайну. Примечательно, что дизельный двигатель результат ранней борьбы за улучшение эффективность существующих видов других внутренних двигатели внутреннего сгорания. Сегодняшние дизельные двигатели для подводных лодок являются косвенным результатом широко распространенные эксперименты в Отто (бензиновые) двигатели и совсем недавно развитая область дизельных двигателей.Однако в основном принципы работы не имеют существенно изменились со времени появления первых практических моделей ранних разработок. Среди участников прогресса в разработка дизельных двигателей была Подводная служба ВМС США. Живой интерес и неустанные усилия, не говоря уже о риск при экспериментировании, тестировании и исправлении design, дали беспрецедентный толчок к совершенствованию дизайна. 1А2.История развития дизельного двигателя. Поршневой двигатель внутреннего сгорания был введен теоретически еще в 1862 г. Бо де Роше во Франции. Несколькими годами позже, Отто из Германии впервые применил теорию Бо де Роше на практике. актуальная рабочая модель. Двигатель Отто был практичным и довольно надежным по сравнению с другими более ранние попытки. Он использовал 4-тактный цикл. работы с использованием газа в качестве топлива. Таким образом 4-х тактный цикл газового двигателя стал популярным. известный как цикл Отто . Джордж Брайтон, американец, представил новый принцип впрыска топлива в 1872 году. Брайтон использовал газовый двигатель внутреннего сгорания в его эксперименты. Он продемонстрировал, что продление фазы горения цикла за счет впрыска топлива с контролируемой скоростью дает больше мощность на единицу потребляемого топлива. Тем не мение, большая часть эффективности, полученной этим методом был утерян из-за отсутствия адекватного метода сжатия топливной смеси перед воспламенением. Следующее заметное достижение в повышении эффективности внутреннего сгорания. Двигатель был двигателем Хорнсби-Акройда, произведенным в Англии вскоре. Это было среди первых двигателей ранней разработки, которые использовали жидкое топливо, полученное из сырой нефти. Этот двигатель использовал принцип Брайтона контролируемого впрыска топлива и сжатого воздуха в цилиндре до зажигания. Вырабатываемое при сжатии тепло плюс использование горячего поверхность, вынужденное возгорание.Поскольку этот двигатель использовал гидравлическую силу для впрыска топлива, он сейчас рассматривается первый пример двигателя с использованием механического или твердого впрыска. В 1893 году д-р Рудольф Дизель, баварец ученый запатентовал конструкцию двигателя внутреннего сгорания, получившего название Diesel двигатель . Он рассмотрел предыдущие неудачи и занялся разработкой двигателя, работающего на совершенно ином термодинамическом принцип. Используя механику 4-тактного цикла, ДокторДизель предложил втягивать только воздух в цилиндр во время всасывания или всасывания Инсульт. Ход сжатия должен был сжать воздух в цилиндре до достаточно высокого температура, вызывающая воспламенение и горение без использования дополнительного тепла. Как у Брайтона двигатель, этот двигатель должен был впрыскивать топливо с контролируемой скоростью. Согласно теории доктора Дизеля, если скорость закачки контролировалась должным образом во время фазы горения горение может происходить при постоянной температуре.Поскольку топливо нужно было впрыскивать против высокое давление сжатия в цилиндре, Dr. Конструкция дизеля предусматривала впрыск топлива. достигается взрывом сильно сжатого воздуха. По сути, это был нагнетание воздуха. Доктор Дизель далее предположил, что падение температуры во время фазы расширения цикла быть эффективным, чтобы обеспечить внешнее охлаждение камера сгорания не нужна. Построена одноцилиндровая рабочая модель и проведены первые эксперименты. использование угольной пыли в качестве топлива.Все усилия для работы 1 рабочая модель по циклу, предложенная доктором. Дизель закончился взрывами и отказом. Дальше попытки экспериментировать в том же направлении были заброшены. Следовательно, двигатель, полностью работающий по теоретическому циклу, предложенному доктором Дизелем, так и не был произведен. Этот цикл впоследствии стал известен как дизель цикл . Многие дизайнеры осознали ценность практические элементы в цикле эксплуатации изложено доктором Дизелем. Впоследствии экспериментаторы стали добиваться хороших результатов, устранение непрактичных элементов и изменение цикла работы. Успешные эксперименты были проведены компанией Machinen-fabrik-Augsburg-Nurnberg (обычно называемой MAN) в Германии. К этому времени более летучая нефть топливо было обычное использование и дизельные двигатели на жидком топливе.Эти двигатели работали по циклу, в котором фаза сгорания происходила при постоянном давлении. а не при постоянной температуре. Опыт также сообщил, что необходимо охладить камера сгорания внешне. Ранний дизель двигатели, работающие на постоянном давлении цикла, были достаточно эффективными, чтобы сделать коммерческое производство возможным. Прогресс в конструкции дизельных двигателей был Rapid с момента появления первых моделей. Импульс военных требований, прогресс в металлургии, производстве и машиностроении, а также улучшение горюче-смазочных материалов послужили производить современные высокоскоростные дизельные двигатели исключительной эффективности. 1A3. История развития подводного двигателя. Первые подводные лодки Соединенных Штатов, использующие двигатели внутреннего сгорания в качестве силовых установок, имели двухцилиндровый двигатель мощностью 45 лошадиных сил. 4-тактные бензиновые двигатели производства Компания Отто из Филадельфии. Тем временем, Английская подводная служба использовала 12- и 16-цилиндровые бензиновые двигатели в своих более ранние подводные лодки. Неотъемлемые опасности, сопровождающие использование такого легколетучего топлива, как бензин были быстро реализованы.Укладка была постоянной проблема и обращение с топливом было чрезвычайно опасный. Частые внутренние взрывы и, кроме того, многие из этих двигателей давали от значительного количества паров окиси углерода, что создает угрозу для персонала. Тем временем компания MAN создала двухтактные дизельные двигатели и экспериментировала с ними для подводная силовая установка. Однако недостаточно в металлургии был достигнут прогресс в области производства металлов, способных выдерживать большие нагрузки. тепло и напряжение, присущие двигателям этого типа.Затем MAN направил свои усилия на производство 4-тактного дизельного двигателя мощностью 1000 л.с. Несмотря на то, что эти В двигателях со временем развились структурные дефекты картера. К 1914 году четырехтактный дизельный двигатель MAN был частично переработан и усилен, при производстве SV45 / 42 использовался двигатель мощностью 1200 л.с. в большинстве немецких подводных лодок во время Первая мировая война. После Первой мировой войны ВМС США приобрели ряд таких двигатели для использования в более ранних лодках S-класса.А копия этого двигателя была произведена Новым York Navy Yard и использовался в других ранних S-класса подводные лодки. Компания Electric Boat Company, которая была ранее Holland Torpedo Boat Company, стал лицензиатом в США на Компания MAN из Германии. Позже Electric Компания Boat Company объединилась с New London Ship and Engine Company. Незадолго до Во время Первой мировой войны компания Electric Boat Company разработала хорошо известный двигатель NELSECO. Во время и после Первой мировой войны ряд подводных лодок США типов O, R и S классы были оснащены этими NELSECO двигатели.Фактически, основные установки в Подводные лодки США были 6- и 8-цилиндровыми. NELSECO примерно до 1934 года. До 1930 года двигатели использовались на большинстве подводных лодок всех крупных военно-морских держав. за исключением Великобритании, были 4-х тактные циклические дизельные двигатели. ВМС США, однако экспериментировал с двухтактным циклом Двигатель Busch-Sulzer и оборудованный рядом лодок с этим типом двигателя. С того времени, большинство двигателей предназначено для United Подводные лодки США были двухтактными. тип цикла. 2 До 1929 года все двигатели в США Государственные подводные лодки были воздушно-инжекторного типа. Вскоре после 1929 г. Твердотельный впрыск применялся на MAN двигатели. Преимущества, которые можно получить с этот вид инъекции был очевиден сразу. При использовании твердого впрыска вес двигателей можно было значительно уменьшить.Устранение только воздушного компрессора Приблизительно на 14 процентов удалось сэкономить в весе. Преимущества, полученные от использования механические впрыски были многочисленны и включали: 1. упрощение конструкции 2. уменьшение длины двигателя 3. Значительно уменьшенная масса на одну лошадиную силу 4. уменьшенный расход топлива 5. улучшен баланс нагрузки в двигателе 6. гораздо большая надежность 7.без обслуживания Потребность в более мощных двигателях стала очевидной с развитием Подводная лодка флотского типа. Три двигателя, которые казалось, удовлетворять требованиям подводной лодки были Winton V-type, теперь известный как General Моторы двигатель; Фэрбенкс-Морс выступал против поршневого типа; и Hooven-Owen-Rentschler двигатель двухстороннего действия. Из них HOR позже был снят с подводных лодок в пользу двигатели General Motors и Fairbanks-Morse, которые теперь являются двумя стандартными подводными лодками двигатели. В настоящее время General Motors Корпорация производит 16-цилиндровые двигатели одностороннего действия мощностью 1600 л.с. (л.с.) для установок главного двигателя и 8-цилиндровые двигатели для вспомогательных установок. Фэрбенкс Morse and Company производит 9- и 10-цилиндровые двигатели с оппозитными поршнями мощностью 1600 л. для установок главного двигателя и 7-цилиндровых двигателей с оппозитными поршнями для вспомогательных установок. Эти двигатели оказались наиболее эффективными.Они весят всего от 15 до 20 фунтов. на л.с., включая вспомогательное оборудование. Стандартизация только двух дизайнов также сделала его возможно серийное производство двигателей с минимальными задержками и трудностями. 1А4. Как требования к подводным лодкам влияют конструкция двигателя. Дело в том, что подводные лодки как подводные, так и надводные суда накладывают определенные ограничения на размер, конструкцию корпуса и форма. Общий вес также является важным фактором при подводных операциях.Характеристики корпуса ограничивают размер двигателя и расположение моторных отсеков. Двигатель вес должен иметь пропорциональное соотношение весу и водоизмещению судна а также к требованиям к питанию. В первых моторных подводных лодках двигатели были механически связаны напрямую к гребному валу. Этот дизайн, известный как прямой привод , разработан для немедленного использования проблемы. Характеристики корпуса определенно исправлен угол наклона гребного вала.Этот ограничение также определяет положение двигателя и место расположения. Кроме того, самые эффективные скорости пропеллера не соответствовали наиболее эффективным оборотам двигателя. В установках с прямым приводом критические скорости (или синхронные крутильные колебания) которые были присущи двигателям ранних моделей, были перенесены через прямой привод в валопроводы и гребные винты. Иногда точный крейсерская скорость не могла быть достигнута, так как нужно было пропустить двигатели через критические скорости в желаемом рабочем диапазоне как как можно быстрее.Две основные проблемы были выдвинута на первый план этими ранними модели: 1. Как приводить в действие винты и еще отдельные двигатели и гребной вал так, чтобы механического единства не существовало. 2. Как спроектировать привод, в котором разные и различные скорости вращения могут быть выбраны для как двигатели, так и гребные винты. Различные типы и комбинации приводов были спроектированы и протестированы. В течение периода времени Стало очевидно, что установка электропривода (обычно обозначаемая как дизель-электропривод ) была практическим решением.Этот Тип конструкции решает обе основные проблемы. Двигатели агрегатировались только с генераторы, которые снабжали электроэнергией моторы. Вал гребного винта приводился в движение двигатели через редукторы или напрямую 3 тихоходными электродвигателями. Единственная связь между мощностью двигателя и гребным валом была электрическая. Следовательно, возникли колебания. двигателями не удалось провести гребные валы и гребные винты, а также различные нагрузки, с которыми сталкиваются гребные винты не мог быть передан напрямую в двигатели как и в случае с механическими муфтами. Кроме того, частота вращения двигателя больше не ограничивалась оборотами двигателя. пропеллеры. Следовательно, двигатели могли быть рассчитан на любую желаемую скорость в выбранном классифицировать. Точно так же гребные винты могут работать независимо от частоты вращения двигателя в пределах скоростные ограничения их конструкции. Дизель-электрический привод дал больше свободы дизайнерам с относительно рабочей скорости, размера и местоположения двигателей. Это также дало конструкторам лодок большая свобода размещения моторных отсеков. Есть восемь основных требований, которые подводный дизельный двигатель должен выполнять: 1. Двигатель должен обеспечивать максимальную количество мощности при минимальном весе и потребность в площади. 2. Двигатель должен обладать способностью время от времени развиваться больше, чем при полной нагрузке рейтинг. 3. Двигатель должен иметь возможность работать непрерывно при немного меньшей, чем полная нагрузка рейтинг. 4. Двигатель должен работать с малым расход топлива на единицу лошадиных сил. 5. Двигатель должен иметь небольшой расход смазочного масла. 6. Все изнашиваемые детали должны быть легко доступны для быстрой замены. 7. Должен быть идеальный баланс с уважение к первичным и вторичным силам и пары. 8. Следует исключить основные критические скорости в пределах рабочего диапазона двигателя. B. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ 1Б1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания. Двигатель, преобразующий тепловую энергию в работу за счет сжигания топлива в замкнутой камере называется ДВС . Такой двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршни называют возвратно-поступательного типа внутренний двигатель внутреннего сгорания.Дизельный двигатель и бензиновый двигатель — самые известные примеры поршневых двигателей внутреннего сгорания. Основной принцип работы двигателя внутреннего сгорания относительно прост. Пространство в цилиндре, в котором находится топливо. сгоревший называется камера сгорания . Топливо и воздух поступает в камеру сгорания и загорелся. В результате сгорание увеличивается температура в камере сгорания. Газы, выделяемые при сгорании, плюс повышение температуры, повышение давления, которое воздействует на головку поршня, заставляя поршень двигаться.Движение поршня передается через другие части к коленчатому валу, чей для работы используется вращательное движение. Израсходованный газы выбрасываются из баллона, новый заправка горючим и воздухом допускается, а процесс повторяется. Приведенная выше последовательность событий называется циклом операции . 1Б2. Циклы работы. Слово цикл входит в описание работы любой двигатель внутреннего сгорания.Применительно к двигатели внутреннего сгорания, можно определить как полная последовательность происходящих событий в цилиндре двигателя для каждой мощности ход или импульс, подаваемый на коленчатый вал. Эти события всегда происходят в одном и том же порядке. каждый раз цикл повторяется. Каждый цикл операции тесно связан в положение поршня и движение в цилиндре. Независимо от количества ходов поршня, участвующих в цикле, существует четыре определенных события. или фазы, которые должны происходить в цилиндрах. 1. Либо воздух, либо смесь воздуха и топлива. необходимо взять в цилиндр и сжать. 2. Топливно-воздушная смесь должна воспламениться, или топливо необходимо впрыснуть в горячую сжатый воздух, вызывающий возгорание. 4 3. Теплота и расширение газов, образующихся при сгорании, должны работать на поршень для создания движения. 4. Остаточные или выхлопные газы должны быть выгружается из цилиндра при расширении работа завершена. Циклы работы в каждом типе ДВС характеризуются как механикой работы, так и термодинамические процессы. Три наиболее известных цикла — это цикл Отто , , цикл Отто. Дизельный цикл и модифицированный дизельный цикл . 1Б3 Термодинамика. Для объяснения термодинамики в инженерном смысле сначала необходимо определить термин и связанные с ним термины, используемые с ним. Термодинамика — наука, занимающаяся с преобразованием энергии из одной формы другому. Основной закон термодинамики: Эта энергия не может быть ни создана, ни уничтожена но может быть изменен из одной формы в другую. В дизельном машиностроении мы в первую очередь озабочены тем, как тепловая энергия превращается в механическую энергию или работу. Сила — это толкание или притяжение, которое имеет тенденцию к придают движение покоящемуся телу. Единица силы это фунт. Давление — сила на единицу площади действующего против тела. Обычно выражается в фунтов на квадратный дюйм (psi). Работа — движение силы через определенное расстояние. Он измеряется умножением сила по расстоянию. Продукт обычно выражается в фунтах-футах. Мощность — скорость выполнения работы или объем работы, выполненной в единицу времени. Единица мощности, используемой инженерами, составляет лошадь мощность (л.с.). Одна лошадиная сила эквивалентна 33000 фут-фунтов работы в минуту или 33000/60 = 550 фут-фунтов в секунду. Энергия — это умение выполнять работу. Энергия бывает двух типов: кинетическая, — энергия. в движении, и потенциал , который является запасенной энергией вверх. Материя — это что-либо, имеющее вес и занимающее пространство. Твердые тела, жидкости и газы иметь значение. Молекула — наименьшее деление данное вещество, которое, если брать его отдельно, все еще сохраняет все свойства и характеристики причина. Тепло — это форма энергии, вызванная молекулярная активность вещества. Увеличение скорость молекулярной активности в веществе увеличивает количество тепла, содержащегося в веществе.Уменьшение скорости молекулярной активности в веществе уменьшает количество нагреть вещество, содержащееся. Температура — мера интенсивности тепла и регистрируется в градусах термометром. Две температурные шкалы наиболее обычно используются шкалы Фаренгейта и Цельсия. Объем можно описать как количество пространства, вытесненного количеством материи. 1Б4.Механический эквивалент тепла энергия. Функция двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании тепловой энергии в механическая энергия. Вспоминая основной закон термодинамика мы знаем, что энергия не может быть уничтоженным. Можно полностью преобразовать механическую энергию в тепло с помощью деликатного физических экспериментов было установлено, что для каждые 778 фут-фунтов механической энергии, так что после конвертации будет получена одна британская тепловая единица. Из-за фундаментальных ограничений обычно невозможно полностью преобразовать тепло в работу, но на каждую преобразованную британскую тепловую единицу будет реализовано 778 фут-фунтов.Эта важная константа известен как механический эквивалент тепла. 1Б5. Соотношение давления, температуры, и объем. На рис. 1-1A показан простой цилиндр с возвратно-поступательным поршнем. Циферблатный манометр в верхней части цилиндра регистрирует давление внутри цилиндра. Температура внутри баллона регистрируется термометром. Термометр в комнате боковых регистров температура. Поршень находится во внешней мертвой точке в его ход.На этом этапе давление внутри 5 Рисунок 1-1. Соотношение давления, температуры и объема в цилиндре. баллон такое же, как атмосферное давление снаружи, а циферблат манометра показывает 0. Кроме того, температура внутри цилиндра такая же, как и в помещении, или примерно 70 градусов по Фаренгейту. На рисунке 1-1B сила приложена к поршень, перемещая его примерно на треть расстояния его хода сжатия. Воздух в ловушке цилиндр сжат. Поскольку объем этот воздух уменьшается, давление увеличивается примерно до 155 фунтов на квадратный дюйм. Температура поднимается от От 70 градусов F до примерно 300 градусов, что указывает на то, что тепло имеет добавлен воздух в баллоне. Этот показывает, что механическая энергия в виде сила, приложенная к поршню, была преобразована в тепловую энергию в сжатом воздухе. На рис. 1-1C к поршню было приложено больше силы, что повысило давление в цилиндр примерно до 300 фунтов на квадратный дюйм, а температура почти до 700 градусов по Фаренгейту. На рис. 1-1D показан заключительный этап такт сжатия, когда поршень достигает внутреннего мертвая точка. Давление находится в районе 470 фунтов на квадратный дюйм, а температура составляет около 1000 градусов по Фаренгейту. Этот рисунок очень близок к условия, найденные в такте сжатия современный подводный дизельный двигатель.Температура сжатого воздуха в баллоне был поднят в достаточной степени, чтобы вызвать автоматическое зажигание при впрыске мазута в цилиндр. Таким образом, в итоге мы видим, что во время цикл работы, объем постоянно меняется из-за хода поршня. Когда поршень движется по направлению к внутренней мертвой точке во время такта сжатия воздух в цилиндре уменьшается в объеме. Физически это составляет уменьшение пространства, занимаемого молекулами воздуха.Таким образом, давление воздуха рабочее к днищу поршня и стенкам цилиндра увеличивается, а температура повышается по мере того, как в результате повышенной молекулярной активности. В качестве поршень приближается к внутренней мертвой точке, объем быстро снижается и температура увеличивается до уровня, достаточного для поддержки автоматического воспламенение любого впрыснутого топлива. Сгорание изменяет впрыскиваемое топливо на газы. После сгорания происходит высвобождение газы с очень небольшим увеличением объема вызывает резкое повышение давления и 6 Рисунок 1-1.Соотношение давления, температуры и объема в цилиндре. температура. Во время рабочего такта громкость быстро увеличивается, и к концу ход, снижение давления и температуры быстро. 1Б6. Диаграммы давление-объем. Различный методы и устройства используются для измерения и регистрация давления в различных положениях поршня во время цикла работы в двигателе цилиндр. Результат может быть графически проиллюстрирован схемой, например, показанной на Рисунок 1-2.Такие диаграммы известны как диаграммы давление-объем. На практике они именуются индикаторными картами . Диаграммы давление-объем показывают взаимосвязь между давлением и положением поршня, и может использоваться для измерения работы, выполненной в цилиндр. Также, если скорость двигателя и время, затраченное на выполнение одного цикла известны, указанная мощность может быть рассчитывается по диаграммам давление-объем на каждом цилиндре и преобразование фут-фунтов за единицу времени в лошадиные силы.Этот способ Однако определение мощности в лошадиных силах невозможно на современных двигателях подводных лодок флотского типа. 1Б7. Диаграммы давление-объем для Otto цикл, дизельный цикл и модифицированный дизельный цикл. На рис. 1-2 показаны типичные диаграммы давление-объем для трех типов циклов двигателя. Каждый Диаграмма давление-объем представляет собой графическое представление давления в баллоне по отношению к баллону. объем. На диаграммах ордината представляет давление, а абсцисса представляет объем.В реальная практика, когда берется индикаторная карточка на двигателе откалибрована вертикальная плоскость в единицах давления, а плоскость объема откалибрована в дюймах. По оси ординат объема диаграмма затем показывает длину хода поршень, который пропорционален объему. Буквы расположены на каждой из фигурок. на схемах. Расстояние между двумя соседними буквами на рисунках соответствует фаза цикла. Сравнение диаграмм предоставляет наглядные средства сравнения изменение фаз между тремя циклами. 1Б8. Цикл Отто. Цикл Отто (рис. 1-2) более известен как цикл постоянного объема и его принципы формы 7 Рисунок 1-2. Диаграммы давление-объем. основа для всех современных автомобильных бензинов конструкции двигателей. В этом цикле сгорание приурочен к теоретическому возникновению, так же как поршень приходит в верхнюю мертвую точку.Возгорание осуществляется от искры, а из-за непостоянства топливовоздушной смеси, сгорание практически сводится к взрыву. Сгорание происходит практически без хода поршня и, следовательно, небольшое изменение объема газа в камера сгорания. Это приводит к описанию цикла постоянного объема . Во время горения происходит быстрое повышение температуры. в цилиндре, сразу за которым следует повышение давления, которое выполняет работу во время рабочий ход. Цикл Отто можно определить как цикл в котором горение вызвано искровым зажиганием теоретически происходит при постоянной громкости. 1Б9. Дизельный цикл. В истинном дизельном цикле, только воздух сжимается в цилиндре до зажигание. Обычно это дает конечное давление сжатия около 500 фунтов на квадратный дюйм. При таком давлении температура сжатого воздуха может диапазон от 900 градусов до 1050 градусов F. Поскольку большинство топлива масла автоматически воспламеняются при достаточном количестве воздуха при температуре около 480 градусов по Фаренгейту возгорание происходит, как только брызги жидкого топлива достигают горячий воздух.Это называется воспламенением от сжатия. Этот процесс горения (или горения топливо и сжатый воздух) является относительно медленным процесс по сравнению с быстрым, взрывным тип процесса горения цикла Отто. В брызги топлива проникают в сжатый воздух, некоторые топлива воспламеняется, затем остальное топливо заряд горит. В истинном дизельном цикле расширение газов идет в ногу с изменением объем, вызванный перемещением поршня во время фаза горения.Таким образом, горение, как говорят, происходят при постоянном давлении. Дизельный цикл можно определить как цикл в котором горение, вызванное сжатием возгорание теоретически происходит при постоянном давление. 1Б10. Доработанный дизельный цикл. Мы ранее описывали цикл Отто как цикл, в котором Теоретически сгорание происходит при постоянном объеме, а дизельный цикл — как цикл, в котором 8 горение происходит теоретически при постоянном давление.В реальной эксплуатации бензиновый двигатель не следует истинному циклу Отто, и дизельный двигатель следует истинному дизельному циклу. Фактически, работа средне- или высокоскоростного дизельного двигателя следует за модифицированным дизельным двигателем. цикл (рисунок 1-2). Этот цикл включает фазы как цикла Отто, так и дизельного цикла в что фаза горения имеет место как на постоянный объем и постоянное давление. Модифицированный дизельный цикл применительно к дизельные двигатели, можно определить как цикл операция, при которой фаза сгорания, вызванная воспламенением от сжатия, начинается с постоянного объема и заканчивается с постоянным основание давления. Все главные и вспомогательные двигатели ПЛ используемые сегодня используют модифицированный дизельный цикл. Принципиальные отличия отто и модифицированные дизельные циклы: 1. Способы смешения топлива и воздуха. Это достигается до и во время сжатия в цикле Отто и обычно около конец фазы сжатия в модифицированном дизельный цикл. 2. Способы розжига. Искровое зажигание используется в цикле Отто, а воспламенение от сжатия используется в модифицированном дизельном цикле. Термин дизельный цикл стал широко ассоциироваться со всеми воспламенением от сжатия или дизельные двигатели. На практике это неправильное употребление применительно к современным среднескоростным двигателям. или быстроходные дизельные двигатели, потому что практически все дизельные двигатели или двигатели с воспламенением от сжатия в этом категории работают по доработанному дизельному циклу. 1Б11. Термодинамика цикла Отто, каждый дизельный цикл и модифицированный дизельный цикл. В в каждом термодинамическом цикле должен быть рабочее вещество. С внутренним сгоранием двигатели, некоторые вещества должны подвергаться изменение цилиндра для преобразования тепла энергия в механическую энергию. Рабочая Веществом в цилиндре двигателя с воспламенением от сжатия является жидкое топливо. После впрыска топлива в цилиндр, сгорание превращает его в газы. Это преобразование является термодинамическим изменением.Термодинамическое изменение, во время которого температура остается постоянным, называется изотермическим процессом . Термодинамическое изменение, во время которого температура может изменяться, но во время которого тепло ни полученный, ни отклоненный процесс называется адиабатическим процессом . В строгом смысле термодинамические циклы изложенные ниже не являются истинными термодинамическими циклы. В истинном цикле процесс обратимый. Рабочее вещество нагревается, работает, находится охлаждается, и снова нагревается.В цикле Фактический двигатель, остатки сгорания процесс исчерпывается в конце расширения ход и новый заряд поступает в цилиндр для следующего цикла событий. Тем не менее истинный термодинамический цикл полезен для изучения термодинамические процессы в реальном двигателе операция. а. Цикл Отто . Это термодинамический цикл, используемый в качестве основы для работы всех современных бензиновых двигателей. Цикл (Рис. 1-2) состоит из адиабатического сжатия заряда в цилиндре по линия AB , горение постоянного объема и нагрев заряда от B до C , адиабатический расширение газов от C до D , и отвод газов с постоянным объемом цилиндр по DA . б. Дизельный цикл . В оригинальном дизеле цикл, предложенный доктором Дизелем, сгорание фаза термодинамического цикла должна была стать постоянный температурный или изотермический процесс. Однако ни один двигатель на этой машине не эксплуатировался. цикл. Однако в результате его экспериментов термодинамический цикл постоянного давления был развит. Все ранний тип, тихоходный дизель двигатели приблизились к этому циклу, хотя это сегодня мало используется. В этом цикле (рисунок 1-2) происходило адиабатическое сжатие по AB, , чтобы обеспечить температуру, необходимую для воспламенения топлива. Впрыск топлива и сгорание регулировались таким образом, чтобы обеспечивать сгорание при постоянном давлении. 9 вдоль г. до н.э. . Затем последовало адиабатическое расширение от ° C до ° D .Отказ от газов из цилиндра был постоянный объем от D до A . c. Модифицированный дизельный цикл. Это цикл (рис. 1-2), используемый во всех подводных дизельных двигателях флота и практически во всех современные дизельные двигатели. В этой термодинамической цикл, сжатие адиабатическое от A до B . Сгорание — это частично постоянный объем от B до C и частично постоянного давления от C до D .Расширение адиабатическое от D до E . Отклонение газов из баллона постоянного объема по EA . 1Б12. Тепловая эффективность. Тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания может быть учитывается процентная эффективность при преобразовании общей потенциальной доступной тепловой энергии в топливе в механическую энергию. У нас есть уже было сказано, что механический эквивалент тепловая энергия составляет 778 фут-фунтов на одну британскую тепловую единицу высокая температура.По этому уравнению это просто выяснить, сколько работы нужно доставить на идеальной основе из заданного количества топлива. Двигатель, работающий на этой основе, будет стоить 100 процент эффективности. Нет двигателя внутреннего сгорания, однако он эффективен на 100 процентов, потому что тепло потери, проводимые через системы охлаждения и выхлопа, и потери на трение делают тепловой КПД любого внутреннего сгорания двигатель относительно низкий. 1Б13.4-х тактный дизельный цикл. В 4-тактный дизельный цикл, поршень делает четыре ударов, чтобы завершить цикл. Существует один рабочий ход или импульс мощности на каждые четыре ход поршня или два полных оборота коленчатый вал. На рис. 1-3 показаны четыре штриха и последовательность событий, которые происходят в 4-х тактном дизельный цикл. 1. Впускной клапан открывается и подается свежий воздух втягивается в цилиндр, в то время как поршень совершает ход вниз. 2. При закрытом впускном клапане поршень делает движение вверх, сжимая воздух. Давление обычно составляет около 500 фунтов на квадратный дюйм с результирующей температурой от 900 до 1050 градусов по Фаренгейту. в зависимости от конструкции двигателя. Приблизительно в конце этого хода топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, и воспламенение и горение происходят в течение относительно короткого периода времени. ход поршня. 3.Расширение дымовых газов заставляет поршень опускаться за один ход. Это называется силовым ходом. Как поршень приближается к концу этого хода, выпускной клапан открывается, позволяя некоторым сгоревшим газам побег. 4. Поршень делает еще одно движение вверх. такт, в котором оставшиеся выхлопные газы вытеснен из цилиндра. Это завершает цикл. 1Б14. Двухтактный дизельный цикл. В этом цикл (рисунок 1-4) поршень делает два хода чтобы завершить цикл.Есть один рабочий ход за каждые два хода поршня или за каждый оборот коленчатого вала. Двигатель, использующий для этого цикла требуется продувочный нагнетатель воздуха для помочь в очистке выхлопных газов от баллон, чтобы пополнить баллон необходимым объемом свежего воздуха и сделать возможным небольшой эффект наддува. На рисунке 1-4 показаны два штриха и последовательность событий, которые происходят в 2-тактном дизельный цикл следующим образом: 1. Начало сжатия . Поршень имеет только что прошел нижнюю мертвую точку, цилиндр заряжен свежим воздухом, и оба впускных отверстия и выпускной клапан закрыты. Свежий воздух захватывается и сжимается в цилиндре. 2. Впрыск . Примерно в конце такта сжатия топливо впрыскивается и происходит сгорание. 3. Расширение . Расширение газов от сгорание заставляет поршень опускаться через один удар.Когда поршень приближается к концу этого ход, выпускной клапан слегка приоткрывается в 10 продвижение открытия впускных каналов. Это позволяет улетучиваться некоторым сгоревшим газам. 4. Выхлоп . Поскольку впускные порты непокрытый воздух, находящийся под давлением, врывается в цилиндр.Это вытесняет оставшиеся выхлопные газы и завершает цикл. C. ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1С1. Дизельный двигатель одностороннего действия. Оба 4-тактные и 2-тактные дизельные двигатели проиллюстрировано и описано в предыдущем разделе были одностороннего действия (рис. 1-5). В во всех двигателях одностороннего действия используются поршни обычно ствола типа , то есть поршни, у которых длина больше их диаметра.Один конец поршень ствольного типа закрыт; этот конец называется корона . Противоположный или юбка конец поршень открыт. Шатун выдвигается через открытый конец поршня и крепится к поршню с помощью поршневого пальца. Термин одностороннего действия используется для описания эти двигатели, потому что давление газов горения действует только с одной стороны (венца) поршней. В 4-тактных двигателях одностороннего действия рабочий ход происходит только один раз. через каждые два оборота коленчатого вала.В 2-тактные двигатели одностороннего действия, рабочий ход происходит один раз за каждый оборот коленчатый вал. Все основные и вспомогательные дизельные двигатели, установленные в настоящее время в автопарках подводные лодки одностороннего действия. 1С2. Дизельный двигатель двойного действия. Значительное количество дизельных двигателей двойного действия (Рисунок 1-6), а именно HOR и MAN двигатели, использовались в установках для автопарка подводные лодки до последних лет.Однако в последнее время большинство этих двигателей двойного действия были сняты и заменены на 2-тактные двигатели одностороннего действия. В то время как двигатели двойного действия нет места в существующих установках, это хорошо чтобы студент был знаком с их общим конструкция и эксплуатация. В дизельных двигателях двойного действия поршневой собственно обычно короче и описывается как крейцкопфного типа. Поршень закрыт на обоих заканчивается и имеет жесткий поршневой шток, выходящий из нижний конец.Оба конца цилиндра закрыты, образуя камеру сгорания на каждом конец поршня. Шток поршня выдвигается через ГБЦ нижней камеры сгорания и проходит через сальник для предотвращения утечки давления. Шток поршня крепится к траверсе, а соединительный шток прикреплен к траверсе так, чтобы он мог свободно поворачивайте штифт крейцкопфа. Крейцкопф имеет плоскую опорную поверхность, которая движется вверх и вниз на направляющую крейцкопфа для стабилизации поршня шток и поршень и предотвращают неравномерный износ. Горение происходит в верхней камере сгорания, и давление газов сжигание применяется к верхнему концу поршень во время хода вниз. По завершении этого хода в нижняя камера сгорания и расширение давление прикладывается к нижнему концу поршень во время хода вверх. Нисходящий рабочий ход служит тактом сжатия для нижней камеры сгорания, а рабочий ход вверх служит для сжатия ход верхней камеры сгорания.Таким образом мощность ударов вдвое больше, чем у одиночной действующий двигатель и двигатель упоминается как тип двойного действия. 2-тактный двигатель двойного действия имеет явное преимущество в выходной мощности по сравнению с типом одностороннего действия. С дважды столько мощных ударов, сколько сопоставимый одиночный действующий двигатель и, при соблюдении других условий равный, он развивается практически вдвое больше мощность на цилиндр. Кроме того, операция более плавный из-за того, что расширение ход в одной камере сгорания цилиндра уравновешивается или смягчается за счет сжатия ход в противоположной камере сгорания. При адаптации двигателей двойного действия для использования на подводных лодках возникают две основные трудности. Во-первых, крейцкопф поршневой конструкция требует значительно большей длины чем у двигателей одностороннего действия. Как 11 Рисунок 1-3. 4-х тактный дизельный цикл. Рисунок 1-4.Двухтактный дизельный цикл. Рисунок 1-5. Дизельный принцип одностороннего действия. следствие, двигатели должны быть построены слишком высоко и громоздкий для практического использования в замкнутом пространстве места на борту подводных лодок. Во-вторых, возникает много трудностей при проведении герметичное уплотнение в месте прохождения штока поршня сальник. 1С3.Оппозиционный поршневой двигатель. Противоположные поршневой двигатель (рисунок 1-7) спроектирован с по два поршня в каждом цилиндре. Поршни расположены в противоположных положениях в цилиндре. Движение поршня рассчитано так, что в одной точке движение два поршня находятся в непосредственной близости друг к другу около центра цилиндра. Когда поршни перемещаются вместе, они сжимаются воздух между ними. Пространство между двумя поршни, таким образом, становятся камерой сгорания.Точка, в которой два поршня входят в ближайшая близость называется горючих мертвецов центр . Непосредственно перед мертвой точкой сгорания, впрыскивается топливо, и в результате расширение вызванный сгоранием, раздвигает поршни. Отверстия для продувочного воздуха расположены в стенки цилиндра в верхней части цилиндра и открываются и закрываются движением верхний поршень. Выхлопные отверстия расположены возле дна цилиндра и открываются и закрывается движением нижнего поршня. 14 Рисунок 1-6. Дизельный принцип двойного действия. 15 Рисунок 1-7. Противоположный поршневой принцип. Все верхние поршни соединены между собой шатуны к верхнему коленвалу.Все нижние поршни соединяются соединением шатуны к нижнему коленвалу. В Фэрбенксе Морзе, оппозитные поршневые, подводные двигатели, верхний и нижний коленчатые валы соединены между собой вертикальный зубчатый привод. Сила сверху Коленчатый вал, не используемый для привода вспомогательных агрегатов, передается через этот привод на нижний коленчатый вал и, в конечном итоге, на главную передачу двигателя. На рис. 1-8 показаны различные фазы в 2-тактный цикл работы с оппозитным поршнем двигатель. 1. Оба поршня находятся на обратном пути. от внешней мертвой точки верхний поршень имеет закрыл продувочные отверстия для воздуха, нижний Поршень закрыл выпускные отверстия, и началось сжатие. 2. Как только оба поршня приближаются к мертвой точке сгорания, впрыскивается топливо. 3. Закачка завершена, расширение началось, и оба поршня движутся в сторону внешняя мертвая точка. 4. Расширение газов от горения. раздвигает поршни, в результате чего коленчатые валы повернуть. Это рабочий ход цикла. 5. По мере приближения поршней к внешней мертвой точке нижний поршень открывает выпускные отверстия. и большая часть расширенных газов улетучивается. Только до достижения внешней мертвой точки верхняя поршень открывает воздуховоды продувки и продувочный воздух устремляется в цилиндр, очищая из оставшихся выхлопных газов. Рисунок 1-8. Противоположный поршневой цикл. 16 6. Нижний поршень закрывает выпускные отверстия, и продувочный воздух нагнетает цилиндр, пока верхний поршень не закроет отверстия для продувочного воздуха. На рисунке 1-13 показано, как нижний коленчатый вал опережает верхний коленчатый вал на 12 градусов. в дизельном двигателе подводной лодки Фэрбенкс-Морс.Этот нижний вывод коленчатого вала имеет определенную влияет как на продувку, так и на выходную мощность. Поскольку нижний коленчатый вал опережает верхний, выпускные отверстия на нижнем конце цилиндра слегка прикрыты перед верхним поршнем проезд покрывает впускные порты. Итак, вкратце интервале выхлопные отверстия закрыты, в то время как впускные части открыты. К моменту поступления порт закрыт, баллон заправлен со свежим воздухом значительно выше атмосферного давления.Таким образом, через нижний вывод коленвала и очищающее действие, эффект наддува достигается в этом движке. При более низком шаге коленчатого вала на 12 градусов, нижний поршень выдвинул коленчатый вал через 12-градусную дугу хода в фазе расширения цикла к моменту времени, когда верхний поршень достиг внутренней мертвой точки. Этот заставляет нижний поршень принять, при полном двигателе нагрузка, большая часть работы по расширению, в результате около 70 процентов от общего мощность передается нижним коленчатым валом. Для использования на подводных лодках оппозитный поршневой двигатель имеет три очевидных преимущества. 1. Он имеет более высокий тепловой КПД, чем двигатели сопоставимых номиналов. 2. Это устраняет необходимость в цилиндре. головки и сложные клапанные механизмы с их проблемы с охлаждением и смазкой. 3. Меньше движущихся частей. Рисунок 1-8. Противоположный поршневой цикл. Рисунок 1-9. GM 16-278A, внешняя сторона, блок управления, правый двигатель. Рисунок 1-10. GM 16-278A, внутренняя сторона, сторона нагнетателя, правый двигатель. Рисунок 1-11. F-M 10-цилиндровый 38D 8 1/8, внешняя сторона, сторона нагнетателя, левый двигатель. Рисунок 1-12.F-M 10-цилиндровый 38D 8 1/8, внутренняя сторона, блок управления, правый двигатель. 19 Рисунок 1-13. Нижний шатун. 1С4. Современные дизельные двигатели для подводных лодок флотского типа. Современные дизельные двигатели, используемые в настоящее время в подводных установках флотского типа различаются дизайн, но все они двухтактного типа.Ниже приведен список двигателей, обычно встречающихся на Подводные лодки флотского типа: а. Главные двигатели . 1. General Motors V-16 тип . Есть две конструкции двигателей в этой категории, 16-278A и 16-248. Каждый двигатель имеет две группы по 8 цилиндров, каждый из которых имеет V-образную форму с 40 градусы между банками. Каждый двигатель рассчитан на 1600 л.с. при 750 об / мин. Оба двигателя оснащены с механическим или твердым впрыском и имеют однопоточный клапан и портовая система продувки. 2. типа Фэрбенкса-Морса с оппозитными поршнями, Модель 38D 8 1/8 . Этот номер модели включает два двигателя, один 10-цилиндровый, а другой 9-цилиндровый двигатель. Оба двигателя рассчитаны на 1600 л.с. при 720 об / мин. Оба двигателя оснащены механическим или твердым впрыском и имеют систему продувки с односторонним портом. б. Вспомогательные двигатели . 1. General Motors, модель 8-268 . Это 8-цилиндровый рядный двигатель.При работе в генераторной установке на 1200 об / мин он имеет выходная мощность 300 киловатт. Этот двигатель оснащен механическим или твердотельным впрыском и имеет однопоточный клапан и систему каналов продувки. 2. типа Фэрбенкса-Морса с оппозитными поршнями, Модель 38E 5 1/4. Это 7-цилиндровый, оппозитный двигатель поршневого типа. При работе с генераторной установкой на 1200 об / мин она имеет выходную мощность 300 киловатт. Этот двигатель оснащен механический или твердый впрыск и имеет однопоточная система продувки. D. УСТАНОВКИ ПОДВОДНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1Д1. Подводные дизельные двигательные установки. На Рис. 1-14 показаны типичные основные и вспомогательные установка двигателя на современную дизель-электрическую подводную лодку флотского типа. Каждый двигатель в сочетании с генератором, чтобы сформировать генератор набор. Через главный шкаф управления ток, подаваемый основными генераторными установками, может быть направлен на зарядку батарей или питание главные двигатели.Вспомогательный генератор может использоваться напрямую либо для зарядки аккумуляторов, либо для питания вспомогательного оборудования. Это может также косвенно использоваться для питания главные двигатели. Главные двигатели используются для движения и могут питаться либо от батарей, либо от главных генераторных установок. 20 Рисунок 1-14. РАЗРЕЗ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ ФЛОТНОГО ТИПА, ПОКАЗЫВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ДВИГАТЕЛЯ. Авторские права © 2013, Ассоциация морских парков Все права защищены. Юридические уведомления и Политика конфиденциальности Версия 1.10, 22 октября 2004 г.

Что заставляет тепловоз работать? — Музей железных дорог Среднего континента

Зажигание дизельного топлива толкает поршни, подключенные к электрогенератору. Получающееся электричество приводит в действие двигатели, подключенные к колесам локомотива.«Дизельный» двигатель внутреннего сгорания использует тепло, выделяемое при сжатии воздуха во время восходящих циклов хода, для воспламенения топлива. Этот тип двигателя сконструировал изобретатель доктор Рудольф Дизель. Он был запатентован в 1892 году.

1. Дизельное топливо хранится в топливном баке и подается в двигатель электрическим топливным насосом. Дизельное топливо стало предпочтительным топливом для использования на железнодорожных локомотивах из-за его более низкой летучести, более низкой стоимости и общедоступности.
2. Дизельный двигатель (А) является основным компонентом дизель-электрического локомотива.Это двигатель внутреннего сгорания, состоящий из нескольких цилиндров, соединенных с общим коленчатым валом. Топливо воспламеняется от сильного сжатия, толкая поршень вниз. Движение поршня вращает коленчатый вал.
3. Дизельный двигатель подключен к главному генератору (B) , который преобразует механическую мощность двигателя в электрическую. Затем электричество распределяется между тяговыми двигателями (C) по цепям, установленным различными компонентами распределительного устройства.
4. Поскольку он всегда вращается, независимо от того, движется ли локомотив или нет, выход главного генератора управляется током возбуждения, подаваемым на его обмотки.
5. Инженер контролирует мощность локомотива с помощью дроссельной заслонки с электрическим управлением. Когда он открывается, в цилиндры двигателя впрыскивается больше топлива, что увеличивает его механическую мощность. Возбуждение главного генератора увеличивается, увеличивая его электрическую мощность.
6. Каждый тяговый двигатель (C) напрямую связан с парой ведущих колес. Использование электричества в качестве «трансмиссии» для локомотива намного надежнее, чем использование механической трансмиссии и сцепления.Пуск тяжелого поезда с полной остановки быстро сожжет сцепление.

Принцип работы, преимущества и недостатки дизельного двигателя

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, работающий с адиабатическим сжатием. Принцип работы дизельного двигателя сильно отличается от бензинового, поэтому их эффективность и производительность различаются. Адиабатическое сжатие было объяснено в моей предыдущей статье. проверить!

Понимание эффективности дизельного двигателя, истории и принципов работы

Сегодня я познакомлю вас с принципами работы дизельного двигателя, его достоинствами и недостатками.

Дизельный двигатель, обладающий некоторыми характеристиками, которые вы должны знать, включая воспламенение от сжатия, образование смеси внутри камеры сгорания, регулировку частоты вращения двигателя в зависимости от качества смеси, неоднородную воздушно-топливную смесь, высокое воздушное отношение, диффузионное пламя и, наконец, топливо с высоким производительность зажигания. Все это объясняется принципами работы дизельного двигателя. Так что продолжайте читать!

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельные двигатели предназначены для воспламенения топлива без использования каких-либо устройств зажигания, таких как свеча зажигания, которая хорошо известна для бензиновых двигателей.Для воспламенения топлива в нем используется сильно сжатый горячий воздух, а не свеча зажигания. Смесь воздуха и топлива происходит в камере сгорания, а не во впускном коллекторе. Принцип работы дизельного двигателя настолько интересен, что в камеру сгорания изначально вводится только воздух. Затем воздух сжимается в соотношении от 15: 1 до 23: 1 в зависимости от типа дизельного двигателя и его применения. Сильное сжатие вызывает повышение температуры воздуха. В этот момент топливо впрыскивается горячим воздухом, когда такт сжатия приближается к вершине.Все это происходит в камере сгорания наверху поршня.

Форсунка помогает впрыскивать топливо в камеру сгорания мелкими каплями и равномерно распределять. Сжатый воздух сильно нагревается, вызывая испарение топлива с поверхности капель. Затем пар воспламеняется с использованием того же тепла в камере сгорания. Испарение капель продолжалось до полного сгорания. Сгорание происходит при практически постоянном давлении во время начальной части рабочего такта.Когда сгорание завершено, газообразные продукты сгорания расширяются при дальнейшем опускании поршня; высокое давление в цилиндре опускает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал. Регулировка оборотов двигателя сильно зависит от качества смеси. То есть величина создаваемого крутящего момента определяется исключительно массой впрыскиваемого топлива, всегда смешанного с максимально возможным количеством воздуха. Это приводит к разнице частоты вращения коленчатого вала.

Высокая степень сжатия дизельного двигателя обеспечила высокий КПД.Отсутствие дроссельной заслонки позволяет осуществлять перезарядку с небольшими потерями, что приводит к низкому расходу топлива. Это делает дизельный двигатель более экономичным.

Посмотрите, как работает дизельный двигатель, в видео ниже :

Итак, сегодня большой вопрос: каковы преимущества и недостатки дизельных двигателей…

Преимущества дизельных двигателей

Дизельный двигатель имеет ряд преимуществ перед двигателем с другими принципами работы.Следующее, указанное ниже, относится к области применения дизельных двигателей.

1. Он имеет самый высокий КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания

2. Дизельный двигатель может сжигать самые разные виды топлива

3. Низкие затраты на топливо. То есть экономично.

4. Обладает высокой плотностью энергии

5. Хорошие смазывающие свойства

6. Низкий риск возгорания, так как горючие пары не образуются.

7. Впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания, за исключением воздушных фильтров, нет препятствий для забора воздуха.

8. Дизельные двигатели обладают очень хорошими выхлопными свойствами.

Недостатки дизелей

Несмотря на большие преимущества дизельных двигателей, они все же имеют некоторые ограничения. Следующие недостатки дизельных двигателей.

1. Автомобили с дизельным двигателем обычно стоят больше, чем стандартный автомобиль

2. Стоимость дизельного топлива высока в большинстве географических регионов.

3. Техническое обслуживание и ремонт дизельного двигателя дороже.

4.У вас может не быть такого доступа к топливу, которое вам нужно с дизельным топливом.

5. Новое дизельное топливо не обладает такими смазочными качествами.

6. В холодную погоду сложно запустить дизель.

7. Дизельные двигатели намного шумнее бензиновых аналогов.

См. Также:

В этом руководстве «Принципы работы, преимущества и недостатки дизельных двигателей.