Принцип работы и устройство дизельного двигателя: Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Содержание

Как работает дизельный двигатель?

Автомобили с дизельными двигателями составляют почти половину от всего количества транспортных средств, ежегодно продаваемых как на официальных дилерских площадках, так и на вторичном рынке.

Силовые установки этого типа характеризуются экономичностью, значительной мощностью и динамикой. Такие агрегаты демонстрируют высокий крутящий момент и принципиально недоступный для бензиновых двигателей КПД (35%-35% у дизельных систем против 25%-35% у их аналогов). Эти преимущества, а также понизившийся уровень шума при эксплуатации и полное соответствие перманентно усложняющимся стандартам безопасности окружающей среды и обеспечили популярность дизелей как в легковом, так и в коммерческих классах транспортных средств.

Как происходит запуск дизельного двигателя?

Принцип работы дизельного двигателя следующий: в цилиндры поступает чистый воздух, который вследствие высокого сжатия нагревается до 700°С и более. После этого, при приближении поршня к верхней точке его траектории в камеру сгорания под давлением подается горючее, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Момент воспламенения сопровождается резким повышением давления в цилиндре. Такой принцип работы позволяет мотору работать на максимально обедненных смесях, что обеспечивает экономичность его эксплуатации.

Принцип работы дизельного двигателя

Для холодного старта дизеля используется система предпускового нагрева, основным элементом которой являются свечи накаливания –нагревательные элементы, размещенные в камерах сгорания. Они позволяют за несколько секунд поднять температуру воздуха до требуемого значения. При включении системы в салоне загорается лампочка. Ее обесточивание свидетельствует о готовности двигателя к запуску. Подача электроэнергии к свечам прерывается автоматически, спустя 15сек – 25 сек после старта. Это условие позволяет обеспечить стабильную работу непрогретого агрегата. Современные системы данного типа делают возможным легкий запуск дизеля при температурах до -30°С при условии исправности мотора и использования масла и топлива соответствующей сезонности и качества.

Конструктивные особенности

Схема дизельного двигателя в целом повторяет механизм бензинового силового агрегата с той разницей, что аналогичные детали значительно усиливаются с учетом более высоких нагрузок. Поскольку воспламенение происходит в результате сжатия, из схемы исключаются компоненты системы зажигания, а свечи заменяются на элементы накаливания, не дающие искры и предназначенные для предварительного прогревания воздуха в камерах сгорания.

Характерной особенностью конструкции дизельного двигателя, связанной с самим принципом его работы, является геометрия днища поршней. Их форма определяется спецификой камеры сгорания. В верхней точке хода поршня, его днище оказывается выше самой крайней точки блока цилиндров. В некоторых случаях, в донышке поршня и располагается сама камера сгорания. От ее типа и реализованного способа подачи смеси и зависят технические и экологические характеристики конкретной модели дизельного двигателя.

Типы камер сгорания

В зависимости от их геометрии различают следующие виды камер сгорания.

Разделенные. В этом случае первичный впрыск горючего производится в отдельную полость, расположенную в головке блока. Такая технология позволяет снизить нагрузку на поршневую группу, а также значительно уменьшить шум от работы двигателя.

При этом процесс образования смеси может быть:

  • Форкамерным (предкамерным). Топливо под давлением поступает в предварительную камеру, соединенную с цилиндром несколькими каналами, где ударяется о ее стенки и таким образом смешивается с воздухом. После воспламенения смесь передается в основную камеру, где и дожигается полностью. Необходимый для максимально быстрого истечения газов через каналы перепад давления между цилиндром и форкамерой возникает в момент хода поршня на сжатие и на расширение.
  • Вихрекамерным. В этом случае первичное возгорание смеси также производится в отдельной камере, имеющей сферическую геометрию. В момент хода поршня на сжатие порция воздуха поступает в нее по соединительному каналу и интенсивно закручивается, образуя вихревой поток, за счет чего хорошо смешивается с горючим, поданным в определенный момент.

Характерными недостатками агрегатов с разнесенными камерами сгорания является усложненный запуск и повышенный расход топлива в связи с потерями при переходе порции воздуха в дополнительную камеру и обратного хода воспламененной смеси – в цилиндр.

Неразделенные. В этом случае горючее под давлением подается в цилиндр, а камерой служит полость, выбранная в донце поршня. В силу того, что такие агрегаты характеризуются повышенным уровнем шума и вибраций в процессе работы, особенно – при разгоне, до недавнего времени неразделенные агрегаты использовались на низкооборотистых моторах большого объема, предназначенных для коммерческого транспорта. Появление электронных систем впрыска позволило оптимизировать сгорание смеси в таких двигателях и значительно снизить уровень шума от их работы, что в свою очередь сделало неразделенные конструкции наиболее перспективным технологическим решением при проектировании новых типов силовых агрегатов.

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Принцип работы дизельного двигателя обуславливает важность подачи в камеру сгорания строго дозированной порции смеси в определенный момент времени и под четко рассчитанным давлением. Система впрыска включает в себя следующие основные компоненты.

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Этот элемент предназначается для забора порции горючего от расположенного в баке насоса подкачки и поочередной раздачи дозированных порций в индивидуальные трубопроводы форсунок на каждый цилиндр. Конструкция таких распылителей подразумевает их открытие при повышении давления в топливных магистралях. В зависимости от технологических решений различают следующие типы ТНВД:

  • Многоплунжерные рядные. Этот вариант насоса состоит из отдельных секций, по одной на цилиндр. Как правило, блоки  имеют рядную сборку. Каждая секция снабжена гильзой и плунжером, который приводится в движение мотором через кулачковый вал. Давление в подаваемом горючем зависит от частоты оборотов коленвала. Специфика конструкции такого насоса обуславливает высокий уровень шума при его работе и сложность в соблюдении актуальных экологических норм.
  • Распределительные. Этот тип насосов поддерживает необходимое давление в соответствии с режимом эксплуатации двигателя и отличаются равномерностью подачи горючего по цилиндрам, а также – стабильной работой на высоких оборотах. Конструкции данного типа имеют один плунжер, который перемещается в двух плоскостях. Поступательные движения обеспечивают нагнетание порции горючего, а вращательные – распределяют его по форсункам. Специфика распределительных насосов обуславливает требовательность к качеству топлива, так как оно служит для смазки трущихся деталей, а прецизионные элементы имеют минимально допустимые зазоры.

Топливные фильтры. Эта деталь дизельного двигателя предназначается для отделения и последующего отвода воды из заправленного в бак горючего, для чего используется сливная пробка в нижней части. Удаление воздуха из системы производится с помощью ручного насоса, расположенного на верхней стороне корпуса. Несмотря на относительную простоту конструкции, фильтр требует внимательного подбора по таким параметрам, как пропускная способность, тонкость очистки и т.д. Для предотвращения забивания кристаллизующимися парафинами и облегчения запуска в холодное время года система может снабжаться электроподогревом.

Турбонаддув. Этот элемент предназначен для нагнетания в цилиндры дополнительного объема воздуха, что позволяет увеличить подачу горючего и повысить мощность силового агрегата. Принцип работы дизельного двигателя подразумевает высокое давление выхлопных газов, которое дает возможность обеспечить эффективность наддува с низких оборотов и при этом избежать эффекта «турбо-ямы». Отсутствие дроссельной заслонки в силовых агрегатах этого типа упрощает схему управления компрессором и позволяет поддерживать эффективность наполнения цилиндров во всем диапазоне оборотов. В первую очередь, наддув позволяет оптимизировать процессы сгорания смеси в ситуациях, в которых атмосферный силовой агрегат будет испытывать нехватку воздуха. Наличие турбины обеспечивает повышение мощности при меньшем рабочем объеме и меньшей массе мотора. При этом снижается жесткость его работы. Установка дополнительного интеркулера – промежуточного охладителя воздуха, позволяет дополнительно повысить мощность силового агрегата на 15% и более за счет увеличения массового наполнения цилиндров.

Специфика работы турбины обуславливает срок ее эксплуатации, значительно меньший, чем ресурс самого дизельного двигателя. При этом, в связи с форсированием, снижается и срок работы силового агрегата, в камерах сгорания которого постоянно поддерживается повышенная температура, требующая охлаждения подаваемым через дополнительные форсунки маслом. Эта конструктивная особенность влечет за собой критическую требовательность мотора к качеству смазочных материалов.

Форсунки. Этот элемент топливной системы предназначен для подачи строго отмеренной дозы горючего в точно рассчитанный момент времени. Появление электронного управления подачей топлива позволило организовать его двухступенчатую подачу неравномерными порциями. При воспламенении первичной дозы повышается температура в камере, после чего в нее поступает основной «заряд» на этот цикл. Такая схема дала возможность исключить скачкообразное нарастание давления и снизить шум работы двигателя. В зависимости от конструкции различают два типа распылителей.

  • Насос-форсунки. Эта конструкция объединяет в себе распылитель и плунжерный насос.  Данный элемент устанавливается по одному на каждый цилиндр и приводится в действие толкателем, соединенным с кулачком распредвала. Линии подачи и слива горючего представляют собой технологические каналы в головке блока, благодаря чему может быть достигнуто давление до 2200 бар. Электронный блок управления отвечает за дозирование порции топлива и контроль угла опережения впрыска путем отправки сигналов на запорные пьезоэлектрические или электромагнитные клапаны. Конструкция насос-форсунок позволяет эксплуатировать их в многоимпульсном режиме, совершая от 2 до 4 впрысков за один цикл. Такая технология позволяет смягчить работу силового агрегата и снизить токсичность выхлопа.
  • Common Rail. Эта конструкция представляет собой общую топливную магистраль (рампу), в которой накапливается горючее, после чего по команде электронного управляющего блока впрыскивается через пьезоэлектрические или электромагнитные форсунки. Конструкция данного типа подразумевает применение ТНВД только для нагнетания давления в аккумуляторе, не используя его для регулировки момента впрыска и дозирования порций топлива. Такое конструктивное решение позволило сократить расход горючего до 20% при одновременном возрастании крутящего момента на малых оборотах до 25%. Электронный блок управления распылителями контролирует длительность фазы впрыска и оптимальный момент ее проведения по показателям ряда датчиков – температурного режима мотора, текущей нагрузки на него, давления в рампе, положение педали акселератора и т.д.

Сочетания турбины и системы Common Rail на сегодняшний день считается наиболее эффективным способом увеличения мощности дизельного двигателя при одновременном уменьшении токсичности его выхлопа.

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики предопределили страсть или отторжение автомобилистов по отношению к агрегатам на “тяжелом топливе”. Так как же работает дизельный двигатель, каково его устройство, принцип работы и преимущества?

Времена, когда автомобиль с дизельными моторами ассоциировались с чадящими и тихоходными, давно остались за поворотом. Каждый автомобилист знает, что транспортное средство с агрегатом на “тяжелом топливе” издает характерные тарахтящие звуки, его выхлоп странно пахнет. Современные моторы награждают своих владельцев умеренным расходом топлива, впечатляющей эластичностью (крутящим моментом, доступным в относительно широком диапазоне оборотов) и иногда ошеломительной динамикой на зависть некоторым бензиновым автомобилям. Но при этом они требовательны к качеству солярки, а ремонт компонентов топливной системы может быть весьма дорогим.

Особенности конструкции

Дизельные двигатели, разумеется, не имеют таких колоссальных отличий как роторно-поршневой двигатель Ванкеля, устройство которого абсолютно не похоже на “анатомию” традиционного ДВС, но у него имеется ряд особенностей, которые проводят между ним и бензиновыми моторами черту.

У дизеля также есть кривошипно-шатунный механизм, но его степень сжатия существенно выше – 19-24 единицы против 9-11 единиц соответственно. Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь.
У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.
Принцип работы дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.
Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

У дизелей с неразделенной камерой сгорания процесс самовоспламенения происходит непосредственно в надпоршневом пространстве. Агрегаты данного типа несколько шумнее.

Что такое Common Rail

Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления. Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным. Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.

Система включает в себя ТНВД (топливный насос высокого давления), пьезоэлектрические форсунки, топливную рампу, регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива. Интересно, что на заре своей эволюции дизельные агрегаты имели не в пример более простую топливную аппаратуру с механическими форсунками и несопоставимо более низким давлением солярки на фоне современных систем.

Дитя прогресса

Не так давно дизельные моторы были экологически “грязными” и достаточно слабыми, но с некоторых пор агрегаты данного типа кардинально изменились, а отдельные представители племени достойны спорткаров. К таковым относится рядный шестицилиндровый мотор BMW объемом 3,0 л с четырьмя турбонагнетателями.
Кстати, конструкция этого мотора наглядно демонстрирует собой прогресс агрегатов на “тяжелом топливе”. Техношедевр оснащен двумя малоинерционными турбонагнетателями низкого давления и еще двумя высокого, причем один из них вступает в дело за пределами 2500 об/мин. Пьезофорсунки впрыскивают топливо под колоссальным давлением в 2500 бар. На выходе – 400 л.с. и 760 Нм. Интересно, что 450 Нм доступны уже при 1000 об/мин! Вот такие они, современные дизельные двигатели.

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 ± 50оС 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 1000оС 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. 

Дизельный двигатель — принцип работы

                                                                                                          Дизельный двигатель, наряду с бензиновым, является одним из двух самых распространенных типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Принцип его работы базируется на самовоспламенении воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры сжигания под давлением.

Благодаря этому горючее нагревается и самовоспламеняется, что является главным отличием дизельного двигателя от бензинового и выступает основной причиной всех конструктивных и эксплуатационных изменений в силовом агрегате этого типа, а также напрямую влияет на сферу применения и частоту его использования. В статье подробно рассматривается история создания и совершенствования дизельного двигателя, устройство и принцип работы подобного оборудования, а также его основные отличия и преимущества по сравнению с бензиновой силовой установкой.

 

 

История создания и совершенствования

Первые научные разработки, касающиеся возможности использовать для воспламенения горючего в тепловой машине сжатого до высокого давления топлива, были осуществлены в 20-30-х годах 19-го века. На практике этот принцип был реализован выдающимся немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем, который в 1892 году оформил патент на изобретение двигателя оригинальной конструкции, получивший название дизель-мотор в честь его создателя. Через 3 года документ был признан США. В течение нескольких лет Дизель зарегистрировал еще несколько патентов на различные модификации дизельного двигателя.

Первый работающий агрегат был изготовлен в конце 1896 года, а его испытания прошли практически сразу – 28 января следующего года. В качестве горючего первые дизельные двигатели использовали растительные масла и легкие нефтепродукты. Силовая установка практически сразу же стала показывать высокий КПД, будучи еще и очень удобной в эксплуатации. Но в первые годы после изобретения дизельные двигатели применялись, главным образом, в тяжелых паровых машинах.

Существенно расширить сферу практического использования дизельных агрегатов позволили два ключевых усовершенствования. Первое заключалось в применении в качестве топлива керосина, что первым использовал в 1898 году другой великий инженер того времени – родившийся в России швед Рудольф Нобель. Вторым серьезным рационализаторским решением стало изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД), который заменил используемый ранее для сжатия горючего компрессор.

Серьезный вклад в усовершенствования ТНВД внес в 20-е годы 20-го века Роберт Бош. Он изобрел и внедрил модель встроенного насоса и бескомпрессорной форсунки, применение которых привело к существенному уменьшению габаритов дизельного двигателя, что, в свою очередь, позволило устанавливать его сначала на общественный и грузовой транспорт, а во второй половине 30-х годов – впервые использовать на легковых машинах. Дальнейшие улучшения рассматриваемого агрегата, в частности использование специального дизельного топлива, позволили силовой установке на этом типе горючего успешно конкурировать с бензиновыми двигателями, постоянно увеличивая занимаемую долю рынка.

Отличие от бензинового двигателя

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового было упомянуто выше. Оно состоит в отсутствии системы зажигания, что объясняется использованием принципа самовоспламенения топливно-воздушной смеси в результате нагнетания давления и вызванного этим нагрева горючего. Необходимо отметить несколько ключевых следствий разницы между рассматриваемыми типами силовых установок.

Главные положительные для дизельного двигателя моменты состоят в следующем. Во-первых, отсутствие системы зажигания делает конструкцию агрегата заметно проще, повышая надежность и долговечность. Во-вторых, компрессионное воспламенение топлива обеспечивает более полное и эффективное сгорание, в результате чего повышается КПД силовой установки и снижается количество вредных выбросов.

Основным негативным следствием указанного выше отличия между двигателями внутреннего сгорания выступают более существенные требования к прочности и качеству изготовления клапанов и других деталей дизельных агрегатов. Это связано с тем, что они эксплуатируются под серьезной нагрузкой, связанной с повышенным давлением топливно-воздушной смеси.

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Принцип работы

Дизельные двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Первый вариант в сегодняшних условиях используется крайне редко, а потому детально рассматривать его попросту не имеет смысла. Стандартный принцип работы обычного четырехтактного двигателя предполагает, что вполне логично, 4 основных этапа:

1. Впуск. Коленвал поворачивается в диапазоне между 0 и 180 градусами. На этой стадии воздух подается в цилиндр.

2. Сжатие. Положение коленвала изменяется со 180 до 360 градусов. Это обеспечивает движение поршня к так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), что приводит к сжатию воздуха в цилиндре в 16-25 раз.

3. Рабочий ход с последующим расширением. Коленвал осуществляет перемещение между 360 и 540 градусами. В камеру сжигания через форсунки впрыскивается топливо, которое при смешивании с воздухом воспламеняется. Это происходит чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ.

4. Выпуск. Коленвал завершает оборот, перемещаясь между 540 и 720 градусами. В результате очередного перемещения поршня в верхнюю часть цилиндра из камеры сгорания удаляются отработанные газы. После этого цикл начинается заново.

Основные разновидности

Основным параметром, который используется для классификации дизельных двигателей, выступает конструкция камеры сжигания. По этому параметру различают два основных типа рассматриваемых силовых установок, на которых используется

· разделенная камера сгорания. Подача горючего производится в специальную камеру, которая называется вихревой и размещается в головке блока, соединяясь с цилиндром при помощи канала. Наличие такого дополнительного элемента позволяет добиться увеличения уровня нагнетания, что положительно сказывается на способности смеси к самовоспламенению;

· неразделенная камера сгорания. Более простая, а потому надежная конструкция, при использовании которой топливо подается непосредственно в пространство над поршнем, которое и выступает камерой сгорания. Это позволяет заметно снизить расход топлива, что, наряду с надежностью механизма, стало ключевой причиной широко распространения именно такого типа дизельных двигателей.

Особенно популярными дизельные агрегаты с неразделенной камерой сгорания стали после появления ТНВД системы Common Rail. Ее использование позволяет обеспечить оптимальный уровень давления, количества и времени впрыскивания топлива для последующего сжигания. Таким образом, достигаются все основные преимущества двигателей с разделенной камерой сгорания без присущих им недостатков.

Основные достоинства и недостатки

Широкое распространение и успешная конкуренция дизельных двигателей с бензиновыми объясняется рядом впечатляющих преимуществ. Главными из них выступают:

· КПД, достигающий 40% на обычных установках и 50% на дизельных двигателях с турбонаддувом. Такие показатели являются попросту недосягаемыми для агрегатов, использующих в качестве топлива бензин;

· мощность. Крутящий момент дизельного двигателя обеспечивается даже на малых оборотах, что гарантирует автомобилю уверенный и быстрый разгон;

· экологичность. Сгорание топлива под высоким давлением приводит к уменьшению количества образующихся в процессе эксплуатации двигателя выхлопных газов. В сегодняшних условиях этому плюсы дизелей придается все большее значение;

· надежность. Как правило, моторесурс дизельного агрегата примерно в полтора-два раза превосходит аналогичный показатель бензинового конкурента. Кроме того, отсутствие системы зажигания позволяет избавиться от многих традиционных проблем двигателей на бензине, например, слабой искры на свечах или их залива.

В числе недостатков, присущих дизельному двигателю, прежде всего, необходимо выделить два. Первый – это несколько более высокая стоимость транспортных средств, оборудованных этим типом силовой установки. Разница в цене обычно варьируется от 10 до 20%.

Второй минус – необходимость существенных эксплуатационных расходов. Это объясняется серьезными требованиями к качеству изготовления и уровню технического обслуживания автомобилей с дизельными двигателями. Однако, обращение в солидную компанию за приобретением, а также последующим обслуживанием, комплектованием и ремонтом сведет к минимуму недостатки агрегата, оставив в полной сохранности его впечатляющие достоинства.

Устройство и принцип работы дизельного двигателя

В последние годы благодаря высокому крутящему моменту, экономичности и более дешевому топливу дизели становятся все более популярными среди автомобилистов.

Рассмотрим конструктивные особенности, устройство и принцип работы дизельного двигателя.

Сам факт установки дизельного мотора на автомобиле сегодня можно определить только по характерному постукиванию из-под капота. По уровню шума и удельным характеристикам последние поколения дизелей вплотную приблизились к бензиновым двигателям. Эта цель достигнута без ущерба надежности и экономичности.

Конструктивные особенности дизельного мотора

На первый взгляд конструкция дизельного двигателя практически не отличается от бензинового мотора. Исключением являются усиленные клапанные элементы, что сделано для восприятия более высоких нагрузок. Поэтому габариты и масса дизелей больше.

Особенностью дизельных двигателей являются принципиально иные способы подготовки, воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси. В бензиновых силовых установках смесь формируется во впускной системе и воспламеняется в цилиндре искрой свечи зажигания.

В дизелях реализована раздельная подача топлива и воздуха. Чистый воздух поступает в цилиндры, сжимается и нагревается до 700-800°С. Далее под давлением 10-30 МПа форсунки впрыскивают топливо в камеру сгорания, после чего оно практически сразу самовоспламеняется. Поскольку после воспламенения резко увеличивается давление в цилиндре, повышается жесткость и шумность работы мотора.

Благодаря такому подходу можно использовать бедные и более дешевые топливные смеси. Это позволяет добиваться более высокой экономичности и хороших экологических показателей, поскольку выброс вредных веществ от сгорания бедных смесей намного меньше.

К недостаткам дизельного двигателя можно отнести заметную вибрацию, повышенную шумность, сложности холодного пуска и меньшую литровую мощность. Однако в современных моделях дизельных авто эти минусы не столь очевидны.

Типы камер сгорания дизельных моторов

  1. Дизели с непосредственным впрыском. Оснащаются неразделенной камерой сгорания, выполненной в поршне. В таких моторах топливо впрыскивается в пространство над поршнем. В последнее время неразделенные камеры используются в паре с электронными топливными насосами высокого давления. Это позволило организовать двухступенчатый впрыск топлива, улучшить процесс сгорания, добиться устойчивой работы системы на оборотах до 4500 об/мин, оптимизировать экономичность, снизить вибрацию и шум.
  2. Дизели с раздельной камерой сгорания. Топливо впрыскивается в дополнительную камеру, а не цилиндр. Обычно это специальная вихревая камера в головке блока цилиндров, которая соединяется с цилиндром специальным каналом. При попадании в вихревую камеру сжатый воздух интенсивно закручивается, благодаря чему улучшается процесс смесеобразования и самовоспламенения. Такая конструкция позволяет снизить темп увеличения давления в цилиндре, увеличить максимальные обороты и погасить шумность. Сегодня дизели с раздельной камерой сгорания составляют подавляющее большинство (порядка 90%) среди силовых установок, устанавливаемых производителями на дизельные авто.

Устройство топливной системы дизельного мотора

Топливная система отвечает за подачу строго определенного количества топлива с определенным давлением по определенному графику. Поэтому это достаточно сложный и дорогой узел дизельного двигателя. Топливная система включает следующие основные элементы:

  1. Топливный насос высокого давления. Подает топливо к форсункам в зависимости от действий водителя, режима работы мотора и инструкций управляющей программы. Современные топливные насосы представляют собой главный исполнительный механизм, который отрабатывает директивы шофера и управляет двигателем. На последних моделях легковых дизельных авто устанавливают топливные насосы распределительного типа, которые равномернее подают топливо, хорошо работают на высоких оборотах, имеют компактный размер.
  2. Форсунки. Совместно с топливным насосом подают дозированное количество топлива в камеру сгорания. Тип распылителя форсунки задает форму факела сгорания топлива, давление её открытия – рабочее давление топливной системы. В настоящее время используются форсунки с многодырчатым и шрифтовым распылителем. Распылители форсунок обычно изготавливают из жаропрочных материалов, поскольку они непосредственно контактируют с камерой сгорания.
  3. Топливный фильтр. Отделяет засоры и воду в топливной смеси. Насос ручной подкачки позволяет удалить воздух из топливной системы. Дополнительная установка электрического подогрева на топливном фильтре позволяет облегчить запуск мотора при низких температурах, избежать забивания фильтра парафином после кристаллизации дизельного топлива.

Процесс пуска дизельного мотора

Для холодного пуска дизельного двигателя предусмотрена система предпускового подогрева. Она представляет собой электрические свечи накаливания, помещенные в камеру сгорания. После включения зажигания они быстро нагреваются до 800-900°С и подогревают воздух в камере сгорания, что облегчает самовоспламенение топливной смеси. В процессе пуска двигателя на водительской панели загорается и гаснет соответствующий контрольный индикатор.

Следует отметить, что электропитание снимается со свечей не сразу, а через некоторое время после пуска. Это необходимо для стабильной работы непрогретого мотора. Современные системы предпускового обогрева позволяют легко заводить исправные двигатели при условии использования качественного топлива и рекомендованного производителем масла.

Дизельные моторы с турбонаддувом

Использование турбины позволяет повысить гибкость и мощность работы дизеля. Это происходит благодаря подаче дополнительного количества воздуха в цилиндры и увеличению подачи топлива на рабочем цикле. Турбокомпрессоры на дизелях обеспечивают эффективный дополнительный наддув, начиная с самых низких оборотов без провалов (“турбоям”), которые характерны для бензиновых турбомоторов. Слабым местом дизельных двигателей с турбонаддувом является недостаточная надежность турбокомпрессоров, ресурс которых обычно не превышает 150 тыс. км.

Система Common-Rail в дизельных моторах

Автоматизированное управление процессом подачи топлива позволяет впрыскивать в камеру сгорания две четко дозированные порции. Первый крохотный впрыск повышает при сгорании температуру в камере, затем следует основной “заряд”. Такой подход дает возможность плавно наращивать давление в камере сгорания, благодаря чему двигатель работает тише и без рывков.

В результате расход топлива дизельных авто с системой Common-Rail сокращается на 15-20%, уменьшается содержание сажи в выхлопе, увеличивается крутящий момент на малых оборотах на 20-25%.

НАЗНАЧЕНИЕ

РАСПИСАНИЕ
Инженерное обучение

ЛИСТ НАЗНАЧЕНИЯ

ТЕОРИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Присвоение ведомости № 60B-103

ВВЕДЕНИЕ

Базовый дизель или двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель. Химическая энергия превращается в механическую энергию внутри цилиндра. В других типах тепловых двигателей (например, в котлах) энергия, вырабатываемая топливом, сначала передается в пар, а энергия в паре преобразуется в работу (в турбинах), которая затем преобразуется в энергию вала, которая используется для вращения генераторов, редукторы и другое оборудование.

УРОКИ ТЕМАТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ ЦЕЛЯМ

Цель терминала:

6.0 ОПИСАТЬ принципы, конструкцию, функционирование, компоненты, системы управления и контроля, а также работу дизельной силовой установки и связанных с ними вспомогательных вспомогательных систем. (JTI: A)

Включающие цели:

6.1 СРАВНИТЬ и КОНТРАСТИТЬ бензиновый двигатель с дизельным двигателем.

6.2 Определите следующие термины применительно к дизельным двигателям:

а.Компрессионное зажигание

б. Степень сжатия

в. Цикл

д. Водоизмещение

эл. Четырехтактный цикл

ф. Мощность (л.с.)

г. IDC / ODC (оппозитный поршневой двигатель)

ч. Внутреннее сгорание

я Домкрат

й. RPM

к. Инсульт

л. TDC / BDC

м Сроки

n. Двухтактный цикл

o. Клапан плеть

6.3. Определите следующие термины, используемые в воздушной системе дизельного двигателя:

а.Выпускной ход

б. Ход впуска

в. Безнаддувный

д. Очистка

эл. Наддув

ф. Турбонаддув

6.4 Укажите следующие термины, используемые в системах смазки и охлаждения дизельного двигателя:

а. Охладитель (теплообменник)

б. Давление

в. Перепад давления

д. Тепловое расширение

эл. Водяная рубашка

ф. Вязкость

г.Обработка охлаждающей жидкости

6.5. Определите следующие термины, используемые в топливных системах дизельных двигателей:

а. Распыление

б. Сжигание

в. Детонация

д. Топливный стук (дизельный стук)

эл. Впрыск топлива

ф. Задержка зажигания (задержка)

г. Предгорание

ч. Грунтовка

я Турбулентность

6.6 СОСТОЯНИЕ функции каждой из следующих основных частей / узлов дизельного двигателя:

а.Привод аксессуаров

б. Блок

в. Распредвал

д. Шатун

эл. Картер двигателя

ф. Подшипники коленчатого вала

г. Коленчатый вал

ч. Головка блока цилиндров

я Гильзы цилиндров

й. Механизм привода

к. Коллектор (впуск / выпуск)

л. Поршень

м Масляный поддон / поддон картера

n. Клапаны (впускные / выпускные)

o. Маховик

р. Упорные подшипники

кв.Инспекционные чехлы

р. Взрыв покрывает

с. Шатунные подшипники

т. Поршневое / запястное кольцо

ед. Поршневые кольца

В. Подшипники распредвала

Вт Насосы навесные

х. Топливные инжекторы

г. Турбокомпрессор

з. Топливная рейка

аа. Картер выхлопных газов

аб. Вилка и Лезвие

пр. Толкатели

объявлений. Толкатель

а.е. Рокеры

аф.Гасители вибрации

аг Запирающий механизм

ах. Балансировочные валы

аи. Привод

адж. Передние шестерни

6.7 СОСТОЯНИЕ различных классификаций дизельных двигателей в соответствии со следующим:

а. Механический цикл

б. Расположение цилиндров

в. Действие сгорания

д. Охлаждающая среда

эл. Расположение клапанов

6.8 ОБСУЖДАЕТ соотношение давления, температуры и объема потока газа через цилиндр дизельного двигателя для следующих событий:

а.Очистка

б. Сжатие

в. Сжигание

д. Расширение

эл. Выхлоп

6,9 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

6.10 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

6,11 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Прочитайте информационный лист 60B-103.

2. Изложите информационный лист 60B-103, используя в качестве руководства вспомогательные цели для урока 60B-103.

3.Ответьте на учебные сценарии.

СЦЕНАРИИ ИЗУЧЕНИЯ

1. Вы проходите через основное машинное отделение и замечаете, что EN3 Foster готовится к следующему дополнительному экзамену. EN3 Фостер говорит, что у него / нее проблемы с пониманием фаз четырех- и двухтактных двигателей. Как бы вы объяснили EN3 Foster фазы четырех- и двухтактных двигателей?

2. По завершении объяснения циклов 4/2 хода для EN3 Foster, EN1 Edwards спросит вас, как классифицировать дизельные двигатели.Объясните EN1, как классифицировать дизельный двигатель.

3. Вы идете по палубе, когда слышите, как ENFN Джонс говорит BMSN Smith, что нет разницы между турбированным двигателем и двигателем, который использует воздуходувку. Это верно? Как бы вы объяснили различия между ними, если есть разница?

4. ENFN Майерс с трудом объясняет ENFN Буту определение наддува и что делает для двигателя.Майерс поворачивается к вам и просит вас объяснить надбавку им обоим. Как ты собираешься это сделать?

5. ENC Тейлор только что сказал вам, что в MPDE № 1 произошел сбой левой головки блока цилиндров № 5. Вы объясняете это главному инженеру, когда она просит вас объяснить назначение (я) головки блока цилиндров. Как вы объясните своему главному инженеру функцию головки цилиндров?

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Информационный лист № 60B-103

ВВЕДЕНИЕ

Большая часть машин и оборудования, обсуждавшихся в предыдущем уроке, использует пар в качестве рабочего тела в процессе преобразования тепловой энергии в механическую энергию.Этот урок посвящен двигателям внутреннего сгорания, в которых в качестве рабочей жидкости используется воздух, смешанный с топливом. Обсуждаются двигатели внутреннего сгорания, к которым применяются термодинамические циклы двигателей открытого и нагреваемого типов. В двигателях, которые работают в этих циклах, рабочая жидкость забирается в двигатель, тепло добавляется в жидкость, используется энергия, доступная в жидкости, а затем жидкость выбрасывается. В ходе процесса тепловая энергия преобразуется в механическую энергию.

Двигатели внутреннего сгорания широко используются в Военно-морском флоте, служа движителями в различных кораблях, лодках, самолетах и ​​автомобилях.Также двигатели внутреннего сгорания используются в качестве первичных двигателей для вспомогательных механизмов. Двигатели внутреннего сгорания в большинстве судовых установок поршневого типа.

ССЫЛКИ

(а) Элементы прикладной термодинамики , Роберт М. Джонсон

(b) NAVEDTRA-12960, Принципы военно-морской техники

(с) NAVEDTRA-10539, Engineer 3

(d) NAVEDTRA-12001, Пожарный

(e) NAVSEA S9086-HB-STM-000, Техническое руководство по военно-морским судам, гл.233

(f) Введение в военно-морское машиностроение, Второе издание.

(g) NSTM Глава 233, Дизельные двигатели

(ч) NAVEDTRA-10625, Дизельные двигатели

ИНФОРМАЦИЯ

  1. поршневые двигатели
    1. Большинство двигателей внутреннего сгорания в морских установках ВМФ имеют поршневой тип. Эта классификация основана на том факте, что цилиндры, в которых происходит преобразование энергии, оснащены поршнями, которые используют возвратно-поступательное движение.Двигатели внутреннего сгорания поршневого типа обычно называют дизельными и бензиновыми двигателями. Общая практика ВМС США заключается в установке дизельных двигателей, а не бензиновых двигателей, если только специальные условия не благоприятствуют использованию бензиновых двигателей.
    2. Большая часть информации о поршневых двигателях в этой главе относится к дизельным и бензиновым двигателям. Эти двигатели отличаются в некоторых отношениях; основные различия, которые существуют, отмечены и обсуждены.
  2. рабочих циклов
    1. Работа двигателя внутреннего сгорания включает в себя подачу топлива и воздуха в камеру сгорания, а также сжатие и воспламенение заряда.Процесс сгорания выделяет газы и повышает температуру внутри камеры. По мере повышения температуры давление увеличивается, и расширение газов заставляет поршень двигаться. Это возвратно-поступательное движение передается через специально разработанные детали на вал. Результирующее вращательное движение вала используется для работы. Таким образом, расширение газов внутри цилиндра преобразуется во вращательную механическую энергию. Для того чтобы процесс был непрерывным, расширенные газы должны быть удалены из камеры сгорания, должен быть принят новый заряд и процесс сгорания должен быть повторен.

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

БАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Забор воздуха

Впуск топлива и воздуха

Сжатие воздуха

Сжатие топливно-воздушной смеси

Впрыск топлива

Зажигание и сгорание заряда

Зажигание и сгорание заряда

Расширение газов

Расширение газов

Удаление отходов

Удаление отходов

Таблица 1: Дизельный / бензиновый двигатель, цикл

    1. При изучении работы двигателя, начиная с впуска воздуха и топлива и заканчивая удалением расширенных газов, происходит ряд событий или фаз.Термин «цикл» обозначает последовательность событий, происходящих в цилиндре двигателя для каждого импульса мощности, передаваемого на коленчатый вал. Эти события всегда происходят в одном и том же порядке каждый раз, когда цикл повторяется. Количество событий, происходящих в цикле работы, зависит от того, является ли двигатель дизельным или бензиновым. В таблице 1 приведены события и их последовательность в одном цикле работы каждого из этих типов двигателей.
    2. Принципиальное отличие, как показано в таблице 1, в циклах работы дизельных и бензиновых двигателей заключается в подаче топлива и воздуха в цилиндр.Хотя это происходит как одно событие в бензиновом двигателе, оно включает в себя два события в дизельном двигателе. Следовательно, существует шесть основных событий, которые происходят в цикле работы дизельного двигателя, и пять основных событий, которые происходят в цикле бензинового двигателя. Это подчеркивается тем, что подчеркивается тот факт, что количество происходящих событий не совпадает с числом ходов поршня, которое происходит во время цикла работы. Даже несмотря на то, что события цикла тесно связаны с положением и движением поршня, ВСЕ события будут происходить в течение цикла независимо от числа задействованных ходов поршня.Мы обсудим взаимосвязь событий и ходов поршня позже в этом уроке.
    3. Цикл работы дизельного или бензинового двигателя включает два основных фактора — тепло и механику. Средства, с помощью которых тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, включают в себя множество терминов, таких как вещество, молекулы, энергия, тепло, температура, механический эквивалент тепла, силы, давления, объема, работы и мощности.
    4. Способ, с помощью которого работает двигатель, называется механическим или рабочим циклом двигателя.Тепловой процесс, который создает силы, которые перемещают детали двигателя, называется циклом сгорания. Механический цикл и цикл сгорания включены в цикл работы двигателя.
  1. Механические циклы
    1. Мы говорили о событиях, происходящих в цикле работы двигателя, но мы очень мало говорили о ходах поршня, за исключением того, что полная последовательность событий будет происходить в течение цикла независимо от количества ходов, производимых поршнем.Число ходов поршня, происходящих в течение одного цикла событий, ограничено двумя или четырьмя, в зависимости от конструкции двигателя. Таким образом, мы имеем 4-тактный цикл и 2-тактный цикл. Эти циклы известны как механические циклы работы.
    2. Оба типа механических циклов, четырехтактные и двухтактные, используются как в дизельных, так и в бензиновых поршневых двигателях. Большинство бензиновых двигателей военно-морского флота работают по 4-тактному циклу. Большинство больших дизельных двигателей работают в 4-тактном цикле, в то время как большинство небольших дизельных двигателей работают в 2-тактном цикле.
    3. Соотношение событий и ходов в цикле. Ход поршня — это расстояние, на которое поршень перемещается между пределами перемещения. Цикл работы двигателя, работающего по 4-тактному циклу, включает четыре такта поршня — впуск, сжатие, мощность и выпуск. В двухтактном цикле задействованы только два удара — мощность и сжатие.
    4. Проверка рисунка 1 покажет, что штрихи названы так, чтобы соответствовать событиям. Однако, поскольку шесть событий указаны для дизельных двигателей и пять событий для бензиновых двигателей, во время некоторых ходов должно происходить более одного события, особенно двухтактного цикла.Несмотря на это, обычной практикой является определение некоторых событий как ударов поршня. Это связано с тем, что такие события, как впуск, сжатие, мощность и выхлоп в 4-тактном цикле, включают, по меньшей мере, основную часть хода и, в некоторых случаях, более одного хода. То же самое относится к событиям мощности и сжатия и ударам в двухтактном цикле. Связывая события с штрихами, вы не должны упускать из виду другие события, происходящие во время цикла операции. Этот недосмотр иногда приводит к путанице при рассмотрении принципов работы двигателя.
  1. 4-тактный дизельный двигатель
    1. Чтобы помочь вам понять взаимосвязь между событиями и штрихами, мы обсудим количество событий, происходящих во время определенного удара. Мы также обсудим продолжительность события в отношении хода поршня и случаи, когда одно событие перекрывает другое. Мы можем продемонстрировать связь событий с ударами, показывая изменение ситуации в цилиндре во время цикла работы. Рисунок 1 иллюстрирует эти изменения для 4-тактного дизельного двигателя.
    2. Отношение событий к ударам легче понять, если сначала рассмотреть движения поршня и его коленчатого вала. На фиг.1, вид А, показано возвратно-поступательное движение и ход поршня, и показано вращательное движение кривошипа во время двух ходов поршня. Положения поршня и кривошипа в начале и конце хода обозначены соответственно «сверху» и «снизу». Если эти положения и перемещения отмечены на окружности (рис. 1, вид B), положение поршня, когда оно находится в верхней части хода, находится наверху круга.Когда поршень находится в нижней части хода, положение поршня находится в центре нижней части круга. Обратите внимание на виды A и B на рисунке 1, что верхний центр и нижний центр определяют точки, где происходят изменения в направлении движения. Другими словами, когда поршень находится в верхнем центре, движение вверх прекращается, и движение вниз может начинаться. Что касается движения, поршень «мертв». Точки, обозначающие изменения в направлении движения поршня и кривошипа, часто называют TOP DEAD CENTER (TDC) и BOTTOM DEAD CENTER (BDC).Вы должны помнить TDC и BDC, поскольку они определяют начало и конец штриха и поскольку они являются точками, с которых начинаются и заканчиваются события.
    3. Следуя штрихам и событиям, как показано на рисунке, вы можете видеть, что событие впуска начинается до ВМТ или до того, как начинается фактический ход вниз (впуск), и продолжается после прошлого BDC или после конца хода. Событие сжатия начинается, когда завершается событие впуска, но после BDC выполняется ход вверх (сжатие).События впрыска и зажигания перекрываются с последней частью события сжатия, которое заканчивается в ВМТ. Сжигание топлива продолжается в нескольких градусах выше ВМТ. Энергетическое событие или расширение газов заканчивается за несколько градусов до того, как понижающий удар (мощность) заканчивается на BDC. Событие выхлопа начинается, когда заканчивается событие питания, и продолжается до полного хода вверх (выхлоп) и после ВМТ. Обратите внимание на совпадение события выхлопа с событием впуска следующего цикла. Детали того, почему некоторые события перекрываются и почему некоторые события короче или длиннее относительно штрихов, будут рассмотрены позже в этом уроке.
    4. Из предыдущего обсуждения видно, что термин «ход» иногда используется для определения события, которое происходит в цикле операции. Тем не менее, вы должны иметь в виду, что ход включает 180 ° вращения коленчатого вала (или перемещения поршня между мертвыми точками), в то время как соответствующее событие может иметь место при большем или меньшем числе градусов вращения вала.
  1. Двухтактный дизельный двигатель
    1. Отношение событий к ударам в дизельном двигателе с 2-тактным циклом показано на рисунке 2.Сравнение рисунков 1 и 2 показывает ряд различий между двумя типами механических или рабочих циклов. Эти различия не слишком сложны для понимания, если учесть, что в четырехтактном цикле участвуют четыре хода поршня и 720 оборотов коленчатого вала, тогда как в двухтактном цикле задействовано только вдвое меньше ходов и градусов. Ссылка на иллюстрации поперечного сечения (рис. 2) поможет связать событие с относительным положением поршня. Несмотря на то, что два хода поршня часто называют мощностью и сжатием, в этом обсуждении они обозначаются как ход вниз (от ВМТ до ВМТ) и от ход (ВЗК до ВМТ), чтобы избежать путаницы при r
.
PPT — ГЛАВА 4 Работа и диагностика дизельного двигателя PowerPoint Presentation
  • ГЛАВА 4 Работа и диагностика дизельного двигателя

  • ЗАДАЧИ Изучив главу 4, читатель сможет: • Подготовиться к работе двигателя ASE ( A8) Область содержания сертификационных испытаний «C» (Диагностика и ремонт топливной, воздушной и выхлопной систем). • Объясните, как работает дизельный двигатель. • Опишите разницу между дизельными двигателями с непосредственным впрыском (DI) и с непрямым впрыском (IDI).• Перечислите детали типовой топливной системы дизельного двигателя. • Объясните, как работают свечи накаливания. • Перечислите достоинства и недостатки дизельного двигателя. • Опишите, как дизельное топливо оценивается и тестируется.

  • API гравитация Цетановое число Точка помутнения Катализатор окисления дизельного топлива (DOC) Датчик перепада давления (DPS) Прямой впрыск (DI) Точка вспышки Свеча накаливания Теплота сжатия Common Rail высокого давления (HPCR) Впрыск гидравлического электронного блока (HEUI) ) ТНВД

  • ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ • В 1892 году немецкий инженер по имени Рудольф Дизель усовершенствовал двигатель с воспламенением от сжатия, который носит его имя.• Дизельный двигатель использует тепло, создаваемое компрессией, для зажигания топлива, поэтому для него не требуется система искрового зажигания.

  • РИСУНОК 4–1 Сгорание дизельного топлива происходит, когда топливо впрыскивается в горячий, сильно сжатый воздух в цилиндре. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ • Входящий воздух сжимается до тех пор, пока его температура не достигнет около 1000 ° F (540 ° C). • Это называется теплотой сжатия. • Когда поршень достигает максимума своего такта сжатия, топливо впрыскивается в цилиндр, где оно воспламеняется горячим воздухом.

  • РИСУНОК 4–2 Типичная автомобильная дизельная система впрыска топлива с инжекторным насосом. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ • Обычный дизельный двигатель использует высокоточный топливный насос и отдельные топливные инжекторы. • Насос подает топливо в форсунки под высоким давлением и через определенные промежутки времени.

  • РИСУНОК 4–3 В дизельном двигателе с косвенным впрыском топлива используется форкамера и свеча накаливания. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПРЯМОГО И ПРЯМОГО ВПРЫСКА • В дизельном двигателе непрямого впрыска (сокращенно IDI) топливо впрыскивается в небольшую форкамеру, соединенную с цилиндром узким отверстием.

  • РИСУНОК 4–4 Дизельный двигатель с прямым впрыском впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания. Многие конструкции не используют свечи накаливания. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПРЯМОГО И ПРЯМОГО ВПРЫСКА • В дизельном двигателе с прямым впрыском (сокращенно DI) топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. • Поршень имеет углубление, в котором происходит начальное сгорание. • Дизельные двигатели с прямым впрыском, как правило, более эффективны, чем двигатели с непосредственным впрыском, но имеют тенденцию создавать большее количество шума.

  • ДИЗЕЛЬНОЕ ДВИГАТЕЛЬ ЗАЖИГАНИЕ ТОПЛИВА • Зажигание происходит в дизельном двигателе путем впрыска топлива в воздушный заряд, который был нагрет при сжатии до температуры, превышающей точку воспламенения топлива или около 1000 ° F (538 ° С).

  • ТРИ ФАЗЫ ГОРЕНИЯ • В дизельном двигателе есть три отдельные фазы или части сгорания. • Задержка зажигания. • Быстрое сгорание. • Контролируемое сгорание.

  • СТРОИТЕЛЬСТВО ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ • Дизельные двигатели должны быть сконструированы тяжелее бензиновых двигателей из-за огромного давления, которое создается в цилиндрах во время работы.

  • РИСУНОК 4–5 Общая шина на дизельном двигателе Cummins. Насос высокого давления (до 30 000 фунтов / кв. Дюйм) используется для подачи дизельного топлива к этой общей топливной рампе, которая имеет кубы, идущие к каждому инжектору. Обратите внимание на толстые стенки цилиндров и прочную конструкцию. СТРОИТЕЛЬСТВО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

  • РИСУНОК 4–6 Узел шток / поршень дизельного двигателя Cummins объемом 5,9 литра, используемого в пикапе Dodge. СТРОИТЕЛЬСТВО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

  • ТОПЛИВНЫЙ БАК И ПОДЪЕМНИК • Топливный бак, используемый на транспортном средстве, оснащенном дизельным двигателем, отличается от топливного бака, используемого с бензиновым двигателем, несколькими способами, в том числе: • Увеличенная заливная горловина для дизельного топлива ,• Нет устройств контроля выбросов испарений или угольного (углеродного) контейнера.

  • РИСУНОК 4–7 Использование ледяной бани для проверки датчика температуры топлива . ТОПЛИВНЫЙ БАК И ПОДЪЕМНЫЙ 9 НАСОС

  • ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС • Топливный насос дизельного двигателя используется для повышения давления дизельного топлива от очень низких значений от подъемного насоса до чрезвычайно высоких давлений, необходимых для впрыска. • Инжекционные насосы обычно приводятся в движение с помощью редуктора с распредвала в передней части двигателя.• Когда вал впрыскивающего насоса вращается, дизельное топливо подается из заправочного отверстия в камеру высокого давления. • Если используется впрыскивающий насос распределительного типа, топливо вытесняется из впрыскивающего отверстия в правильную форсунку через линию высокого давления.

  • РИСУНОК 4–8 Типичный насос дизельного впрыска распределительного типа, показывающий насос, трубопроводы и топливный фильтр. ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС

  • ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО НАСОСА ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС • Распределительный насос дизельного впрыска представляет собой насос высокого давления в сборе с линиями, ведущими к каждому отдельному инжектору.• Линии высокого давления между распределителем и инжекторами должны иметь одинаковую длину, чтобы обеспечить правильное время впрыска. • Сам топливный насос создает опережение впрыска, необходимое для скорости двигателя выше холостого хода, и топливо подается в трубопроводы. • Топливо под высоким давлением вызывает открытие инжекторов. • Из-за внутреннего трения линий происходит небольшая задержка, прежде чем давление топлива открывает форсунку форсунки.

  • РИСУНОК 4–9 Схема узла впрыскивающего насоса Stanadyne для дизельного топлива , показывающая все соответствующие компоненты.ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС ИСПЫТАТЕЛЬНОГО НАСОСА ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС

  • ИНЖЕКЦИОННЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ОБЩИЙ РЕЙЛ • В более новых дизельных двигателях используется система подачи топлива, называемая общей топливной рампой высокого давления (HPCR). • Дизельное топливо под высоким давлением, более 20 000 фунтов на квадратный дюйм (138 000 кПа), подается на инжекторы, которые открываются соленоидом, управляемым компьютером.

  • РИСУНОК 4–10 Обзор управляемого компьютером дизельного двигателя V-8 высокого давления с рампой высокого давления .РЕЙКА НАСОСА ИНЖЕКЦИОННОГО НАСОСА ОБЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

  • HEUI SYSTEM • В дизелях Ford объемом 7,3 и 6,0 литра используется система, которую Ford называет системой впрыска гидравлического электронного блока или системой HEUI. • Компоненты, которые заменяют традиционный механический впрыскивающий насос, включают масляный насос высокого давления и резервуар, регулятор давления масла и каналы в головке цилиндров для подачи топлива к инжекторам.

  • РИСУНОК 4–11 Инжектор HEUI из дизельного двигателя Ford PowerStroke .Пазы указывают расположение уплотнительных колец. HEUI SYSTEM

  • ДИЗЕЛЬНЫЕ ИНЖЕКТОРНЫЕ СОПКИ • Форсунки дизельных форсунок представляют собой подпружиненные закрытые клапаны, которые распыляют топливо непосредственно в камеру сгорания или камеру предварительного сгорания. • Форсунки ввинчиваются в головку цилиндров, по одному на каждый цилиндр, и могут быть заменены в сборе. • Верхняя часть форсунки форсунки имеет множество отверстий для подачи распыленного распыленного дизельного топлива в цилиндр. • Детали форсунки дизельного инжектора включают в себя: • Тепловой экран • Корпус инжектора • Игольчатый клапан дизельного инжектора • Камера давления инжектора

  • Регулярно меняйте масло в дизельном двигателе Ford • Ford 7.Дизельные двигатели объемом 3 и 6 литров перекачивают нефильтрованное масло из поддона в масляный насос высокого давления, а затем в инжекторы. Это означает, что отсутствие регулярной замены масла может привести к накоплению грязи в двигателе, что приведет к износу топливных форсунок и потенциальному повреждению в результате попадания частиц, взвешенных в масле, в форсунки.

  • Никогда не позволяйте дизельному двигателю работать без топлива • Если на бензиновом транспортном средстве заканчивается бензин, это неудобство и возможные дополнительные расходы для получения бензина.Однако, если в автомобиле, оснащенном дизельным двигателем, заканчивается топливо, это может стать серьезной проблемой. • Помимо добавления дизельного топлива в бак, другая проблема заключается в удалении всего воздуха из насоса, трубопроводов и форсунок, чтобы двигатель работал правильно. • Процедура обычно включает в себя запуск двигателя достаточно долго, чтобы вернуть жидкое дизельное топливо обратно в систему, но в то же время достаточно короткое время запуска, чтобы избежать перегрева стартера.

  • РИСУНОК 4–12 Типичные дизельные двигатели с компьютерным управлением для топливных форсунок .РАБОТА С ДИЗЕЛЬНЫМ ИНЖЕКТОРОМ • Электрический соленоид, прикрепленный к форсунке форсунки, управляется компьютером и открывается, что позволяет топливу поступать в камеру давления форсунки.

  • СВЕТОДИОДНЫЕ ЗАЖИГАНИЯ • Свеча накаливания — это нагревательный элемент, который потребляет 12 вольт от батареи и помогает при запуске холодного двигателя. • Большинство свечей накаливания, используемых в новых автомобилях, контролируются модулем управления силовой передачей (PCM), который контролирует температуру охлаждающей жидкости и температуру всасываемого воздуха.

  • РИСУНОК 4–13 Схема типичной схемы свечи накаливания. Обратите внимание, что реле свечи накаливания и воздухозаборника оба имеют компьютерное управление. СВЕТОДИОДНЫЕ ЗАГЛУШКИ

  • Каковы преимущества и недостатки дизельного двигателя? • Дизельный двигатель имеет несколько преимуществ по сравнению с бензиновым двигателем аналогичного размера, включая: • 1. Больше крутящего момента • 2. Большая экономия топлива • 3. Длительный срок службы • Дизельный двигатель имеет несколько недостатков по сравнению с бензином аналогичного размера двигатель в том числе: • 1.Шум двигателя, особенно когда он холодный и / или на холостом ходу. • 2. Выхлопной запах. чем бензиновый двигатель. • 6. Наличие топлива

  • РИСУНОК 4–14 Подъемник роликовый от 6,6-литрового V-8 дизельного двигателя GM Duramax. Обратите внимание на размер этого подъемника по сравнению с роликовым подъемником, используемым в бензиновом двигателе. Каковы преимущества и недостатки дизельного двигателя?

  • ВАКУУМНЫЙ НАСОС ДВИГАТЕЛЯ • Поскольку дизельный двигатель не регулируется, он создает очень низкий вакуум во впускном коллекторе.• Некоторые компоненты двигателя и автомобиля работают с использованием вакуума, такие как клапан рециркуляции отработавших газов (EGR), а также обогревательная и вентиляционная смеси и воздушные двери. • Большинство дизелей, используемых в автомобилях и легких грузовиках, оснащены вакуумным насосом с приводом от двигателя для подачи вакуума на эти компоненты.

  • ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО • Дизельное топливо должно соответствовать совершенно другим стандартам, чем бензин. • Топливо в дизельном двигателе не зажигается искрой, а воспламеняется от тепла, генерируемого высокой степенью сжатия.• Давление сжатия (от 400 до 700 фунтов на квадратный дюйм или от 2800 до 4800 кПа) создает температуру от 1200 ° до 1600 ° F (от 700 ° до 900 ° C), что ускоряет предпламенную реакцию, чтобы запустить воспламенение топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

  • ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО • Все дизельное топливо должно быть чистым, иметь способность течь при низких температурах и иметь надлежащие цетановые характеристики. • Чистота • Низкотемпературная текучесть • Цетановое число

  • ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО СПЕЦИАЛЬНОЕ ИСПЫТАНИЕ НА ГРАВИТАЦИЮ • Плотность дизельного топлива следует проверять всякий раз, когда возникает проблема с управляемостью.• Плотность или удельный вес дизельного топлива измеряется в единицах плотности API. • API-гравитация — это произвольная шкала, выражающая плотность или плотность жидких нефтепродуктов, разработанная совместно Американским институтом нефти и Национальным бюро стандартов. • Шкала измерения откалибрована в градусах API. • Масло с наименьшим удельным весом имеет самый высокий удельный вес по API.

  • РИСУНОК 4–15 Для измерения удельного веса дизельного топлива по API используется ареометр.Единицей измерения обычно является шкала Американского института нефти (API). ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО ОПРЕДЕЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ НА ГРАВИТАЦИЮ

  • ОБОГРЕВАТЕЛИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА • Подогреватели дизельного топлива помогают предотвратить потерю мощности и остановку двигателя в холодную погоду. • Нагреватель расположен в топливной магистрали между баком и основным фильтром. • Некоторые нагреватели охлаждающей жидкости имеют термостатическое управление, что позволяет топливу обходить нагреватель, как только он достигнет рабочей температуры.

  • Как определить, что бензин добавлен в дизельное топливо по ошибке? • Если бензин был случайно добавлен в дизельное топливо и сгорел в дизельном двигателе, это может привести к очень сильному повреждению двигателя.Бензин может воспламениться быстрее, чем дизельное топливо, что может привести к повышению температуры сгорания. Эта высокая температура может нанести вред форсункам и свечам накаливания, а также поршням, прокладкам головки и другим основным компонентам дизельного двигателя. Если есть подозрение на загрязненное топливо, сначала понюхайте топливо в горловине наливной горловины. Если топливо пахнет бензином, бак следует слить и долить дизельное топливо. Если тест на запах не указывает на бензин (или какой-либо прогорклый запах), то протестируйте образец на предмет правильной плотности API.

  • РИСУНОК 4–16 Электрический нагреватель с проволочной обмоткой используется для подогрева воздуха на впуске в некоторых дизельных двигателях. Нагреваемый воздухозаборник • Некоторые дизели, такие как 6,6-литровый Duramax V-8 от General Motors, используют провод электрического нагревателя для подогрева воздуха на впуске, что помогает при запуске и работе в холодную погоду.

  • ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПЕДАЛИ АКСЕЛЕРАТОРА • Некоторые дизельные двигатели для легких грузовиков оснащены электронным дросселем для контроля количества топлива, впрыскиваемого в двигатель.• Поскольку дизельный двигатель не использует дроссель в воздухозаборнике, единственный способ контролировать частоту вращения двигателя — контролировать количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры. Вместо механической связи между педалью акселератора и дизельным впрыскивающим насосом, система дроссельной заслонки использует датчик положения педали акселератора. • Для обеспечения безопасности он состоит из трех отдельных датчиков, которые изменяют напряжение при нажатии педали акселератора.

  • РИСУНОК 4-17 Типичный датчик положения педали акселератора (APP) использует три разных датчика в одном корпусе, каждый из которых создает разное напряжение при перемещении акселератора.ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПЕДАЛЯ УСКОРИТЕЛЯ

  • ВОЛОКНА ИЛИ ЧАСТИЦЫ • Частицы сажи могут поступать непосредственно из выхлопной трубы или могут также образовываться, когда выбросы оксида азота и различных оксидов серы вступают в химическую реакцию с другими загрязнителями, взвешенными в атмосфере. • Такие реакции приводят к образованию озона наземного уровня, обычно известного как смог. • Смог является наиболее видимой формой того, что обычно называют твердыми частицами.

  • СУШКА ИЛИ ЧАСТИЦЫ • Твердые частицы относятся к мельчайшим частицам твердого или полутвердого материала, взвешенным в атмосфере.• Сюда входят частицы диаметром от 0,1 до 50 мкм. • Более тяжелые частицы размером более 50 микрон обычно имеют тенденцию быстро оседать под действием силы тяжести.

  • ДИЗЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ (DOC) • Дизельный катализатор окисления (DOC) состоит из проточной структуры в виде ячеистой структуры, покрытой слоем катализаторных материалов, аналогичных тем, которые используются в каталитическом преобразователе бензинового двигателя , • Эти материалы включают драгоценные металлы платину и палладий, а также другие неблагородные металлы катализаторы.• Катализаторы химически реагируют с выхлопными газами, превращая вредный оксид азота в диоксид азота и окисляя абсорбированные углеводороды.

  • Какое большое значение для необходимости контролировать очень мелкие частицы сажи ? • В течение многих лет сажа или твердые частицы (ТЧ) считались менее опасными для здоровья, чем выхлопные газы бензиновых двигателей. Чувствовалось, что сажа может просто упасть на землю, не нанося заметного вреда людям или окружающей среде.Однако было обнаружено, что мелкие частицы сажи при вдыхании не выводятся из легких, как крупные частицы, а вместо этого попадают в глубокие области легких, где они накапливаются.

  • ДИЗЕЛЬНЫЙ ВЫПУСКНОЙ ЧАСТИЧНЫЙ ФИЛЬТР (DPF) • Нагретый выхлопной газ из DOC поступает в дизельный сажевый фильтр (DPF), который улавливает частицы дизельного выхлопного газа (сажу), предотвращая их выброс в атмосферу. • Это делается путем нагнетания выхлопных газов через пористую ячейку с подложкой из карбида кремния с каналами сотового типа, которые улавливают сажу.• Каналы покрыты промывочным материалом, аналогичным материалам фильтра DOC.

  • РИСУНОК 4-18 Дизельный сажевый фильтр на 6,7-литровом дизельном двигателе Cummins. ДИЗЕЛЬНЫЙ ЧИСТЫЙ ФИЛЬТР-ВЫПУСК (DPF)

  • ДИЗЕЛЬНЫЙ ЧАСТИЧНЫЙ ФИЛЬТР-ЧИСТИТЕЛЬ (DPF) • ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА • DPF ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 9000D3000 DIESEL ДИФФЕКЦИЯ ДИСПЛЕКА

    ФИЛЬТР (DPF) • ТИПЫ РЕГЕНЕРАЦИИ DPF • ПАССИВНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ • АКТИВНОЕ РЕГЕНЕРАЦИЯ • РЕГЕНЕРАЦИЯ СЕРВИСА DPF • УСЛОВИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ DPF

  • РИСУНОК 4–19 Датчик разности давлений, показывающий два датчика давления выхлопных газов из двух ч сажевый фильтр.ДИЗЕЛЬНЫЙ ВЫПУСК ЧИСТЫХ ФИЛЬТРОВ (DPF)

  • Загрузить еще ….

    полуфабрикатов коленвала фотографии

    Меню Удерживая Система воздушного запуска L58 / 64 Air Start Воздушный стартовый клапан Воздушный старт Взрыв Удлинение цепи Потерянное движение Выхлоп v / v Сроки Реверсивный MANB & W Scavenge Fires C / случай взрывов Материальная усталость Marpol Приложение VI Очистители Жидкая пленка Lub Материалы подшипников Поперечная опора VIT Топливный насос Распредвал без двигателя Двухтопливный двигатель (1) Двухтопливный двигатель (2) Miller Cycle & VIC Полу-построенный коленчатый вал Пределы серы в ЕС

    Оперативная информация

    Четырехтактный двухтопливный Двигатель

    **** На основе JavaScript раскрывающееся меню DHTML, созданное NavStudio.(OpenCube Inc. — http://www.opencube.com) ****

    ВВЕДЕНИЕ

    СПГ (сжиженный натуральный Размеры газовозов варьируются от небольших, около 10 000 м. 3 до 150 000 м 3 с большими судами до до 230 000 м 3 на стадии проектирования.

    сжиженный газ проводится при атмосферном давлении и температуре -161С. Хотя баки хорошо изолированы, часть газа, который состоит в основном из метана, испарится. Это известно в промышленность как N-BOG или природный паровой газ. Хотя сумма N-BOG будет варьироваться, обычно принимается за 0,1% и 0,15% груза в сутки.

    если 74 000м 3 судно считается, то выкипание в сутки будет 74м 3 .Поскольку скорость расширения от жидкости к газу составляет около 600: 1, это соответствует 44 400 м 3 газа в атмосфере давление. Низшая теплотворная способность газа будет варьироваться в зависимости от количества азота, который присутствует в BOG, который может быть до 30% в начале путешествие, потому что он имеет более низкую температуру кипения, чем метан, но фигура мяч парк 28 МДж / м 3 будет используется для расчета.

    44 400 28 = 1 243 200 МДж энергии в день. Чтобы позволить этому газу выходить в атмосферу, не разрешено Это оставляет три варианта:

    1. газ можно сжечь выкл.

    2. газ можно Ослабился и вернулся к танкам. (разжигание)

    3. газ можно использовать в качестве топлива в двигательной установке.

    вариант 1. не энергия эффективный и используется только в чрезвычайных ситуациях, или если больше газа, чем может быть использован в варианте 3.

    вариант 2 вариант, но первоначальные инвестиции высоки, и расход топлива будет увеличение из-за требований к мощности завода.

    Вариант 3 обычно используется.До недавнего времени все суда СПГ были оснащены паровыми турбинами, потому что основные котлы могут быть адаптированы довольно легко сжечь кипящий газ и может быть заменен между ГФО и газом без труда. Конечно особенный Меры предосторожности в трубопроводе газа в машинном отделении имеют быть наблюдаемым.

    Паровая турбинная установка не очень эффективно: около 29% для основной тяги и около 25% для производства электроэнергии.

    Четырехтактные дизельные двигатели, которые могут горючий газ или дизельное топливо (известные как двигатели Duel Fuel или DF) были в береговые установки в течение некоторого времени. Эти двигатели сейчас будучи приспособленным для использования на торговых судах, в частности, на перевозчиках СПГ, хотя некоторые суда снабжения газом были построены с двойным топливные двигатели. MAN B & W разработали двухтактный двигатель, который будет работать на газе.

    Эффективность дизельный двигатель в двухтопливной концепции приближается к 50%.когда устанавливается как часть дизель-электрической силовой установки (для экономические, практические и резервные цели) эффективность в целом около 43% из-за потерь в генераторах, трансформаторах, преобразователи, двигатели и валы. Однако эффективность далеко превышает паротурбинную установку.

    Принцип работы Растение обрисовано в общих чертах выше. Выпариваемый газ находится под давлением до около 55 бар компрессорами и затем нагревают до температуры около 30 ° С. Газ то Трубопровод к двигателям, где он впрыскивается в воздухозаборник прежде чем воздух поступит в цилиндры. Зажигание пилотом впрыск дизельного топлива.

    Первый дизель электрический Перевозчиком СПГ является Газ де Франс на 74 000 м. 3 Она является оснащен 4 двигателями Wartsila 6L50DF, каждый мощностью 5700 кВт 514rpm. При нормальной работе она запускает 3 из 4 двигателей скорость обслуживания 16 узлов, хотя со всеми 4 двигателями бега она может достичь 28.5 узлов.

    Энергопотребление двигатели при сжигании газа указываются как специфичные для тормозов Потребление энергии (BSEC) и для двигателя Wartsila 50DF он составляет 7410 кДж / кВтч (эффективность около 48,5%). это означает, что каждый двигатель будет потреблять 1 013 688 МДж энергии за 24 часа. Это означает, что на ниже кипятить приведенная выше цифра 0,1% в день, достаточно газа для удовлетворения Требования к 1 двигателю.Чтобы удовлетворить потребность бежать все двигатели, часть груза вынуждена выкипать (F-BOG) Это более экономично, чем работа двигателей на дизельном топливе. На балластном проходе двигатели могут работать на дизельном топливе. или СПГ, оставленный на борту специально для сжигания в двигатели. Можно модифицировать двигатели для сжигания тяжелого топлива масло по настройкам газораспределения и времени впрыска топлива оборудование, хотя использование тяжелых топливо потребует смены типа смазочного масла на Высококачественное масло.

    ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА

    Дизельное топливо

    Есть два запаса топлива системы: одна для пилотного топлива, когда двигатель работает на газе, другой для резервного копирования на дизельном топливе. Пилотное топливо подается при 900 бар от общей топливной рампы, питаемой от двигателя приводной насос переменной производительности с радиально-поршневым насосом.Время и Продолжительность пилотного впрыска контролируется электроникой.

    Для работы на дизельное топливо, стандартные насосы впрыска топлива с кулачковым приводом используется для впрыска через подпружиненное топливо стандартной конструкции инжекторы.

    инжекторы сдвоенные игольчатые клапаны. Меньшая игла используется для пилотная инъекция с электронным управлением и большая игла для при работе на дизельном топливе.

    Газоснабжение

    фото напротив и ниже показывает газорегуляторный блок.

    На переднем плане на картинке напротив находится ручной изолирующий клапан (с красная ручка)

    № 1 — фильтр

    № 2 — расходомер

    № 3 — блок газового регулятора

    № 4 — запорная арматура

    № 5 — вентиляционный клапан (1 из 3)

    Газ Регулирующий блок

    Газоснабжение фильтруется, а затем проходит через регулятор давления, на выходе из которых зависит от нагрузки двигателя и содержания энергии в газ, но это максимум 4 бара.Система также включает в себя необходимые затворы и вентиляционные клапаны в целях безопасности. Затем газ подается в двигатель с помощью двойного большого диаметра. настенная система Common Rail с каждым цилиндром, имеющим индивидуальный подача на клапан подачи газа.

    ПРИНЦИП РАБОТЫ

    Двигатель работает на принцип бережливого обжига. Это означает, что соотношение воздуха к топливу высокий (около 2.1: 1). Преимущество в том, что двигатель будет производить низкий уровень выбросов NOx (<1 г / кВтч), поскольку тепловая энергия, выделяемая горящее топливо используется для нагрева этого дополнительного воздуха, ограничивая температура сгорания. Важно, чтобы соотношение воздух-топливо хранится в относительно небольшом окне: слишком богато (ниже 1,9: 1) и будет стук; слишком слабый (выше 2.2: 1 и есть опасность осечки.

    Двигатель запущен с использованием дизельного топлива с использованием как пилотного, так и основного впрыска.когда Сгорание стабильное, двигатель переключен на подачу газа. это занимает около одной минуты, в течение которой топливо постепенно замещен газом.

    На такте впуска газ поступает через газ впускной клапан и смешивается с впускным воздухом.

    Смесь не воспламеняется при сжатии, потому что газ имеет высокую температуру самовоспламенения.

    По мере приближения поршня к ВМТ небольшое количество дизельного топлива (1%) впрыскивается через пилотное сопло. Зажигание это пилотное топливо затем воспламеняет смесь газов и воздуха

    Поддержание правильное соотношение воздух-топливо в рабочем диапазоне двигатель необходим для предотвращения ударов и пропусков зажигания и поддерживать низкий уровень выбросов.

    Это достигается с помощью управляемых двигателем сливных ворот, которые обходит часть выхлопного газа вокруг турбокомпрессор.

    Вид двигателя, показывающий заслонку для отходов

    БЕЗОПАСНОСТЬ

    на случай кипения Отходящий газ не может быть использован двигателями, и нет Завод повторного сжижения, должен быть альтернативный путь избавиться от него.Чтобы сделать это сгорание газа Блок или термический окислитель устанавливается на судах воронка.

    Вид двигателя V12 с указанием газового коллектора и привод аварийного газового клапана

    Соображения безопасности аналогичны таковым для парохода СПГ.Утечка метана в машинное отделение может привести к разрушительному взрыву. к Во избежание этого газ проходит через трубу с двойной стенкой оснащен пламегасителем на входе в источник коллектор, вытяжная система и детектор газа. Должно быть достаточная гибкость в трубах для предотвращения усталостного разрушения из-за колебаний двигателя. Добыча Вентилятор от капота над двигателем тоже оснащен газовым система обнаружения.Утечка газа отключит газового мастера клапан (двигатель автоматически переключится на дизель операция), и БОГ будет перенаправлен и сожжен в Термический окислитель. Газопроводная система также будет оснащена система инертирования азота, которая будет работать, если газ обнаружен.

    IACS требуют, чтобы следующие меры безопасности Требования должны быть выполнены:

    • При запуске двигателя следует использовать только масляное топливо.

    • Только нефтяное топливо, в принципе, должно использоваться при эксплуатации двигатель неустойчив, и / или во время маневрирования и порта операции.

    • В случае отключения подачи газового топлива, двигатели должны быть способным к непрерывной работе только на жидком топливе.

    • Предохранительные клапаны картера должны быть установлены на каждом crankthrow.Конструкция и рабочее давление предохранительные клапаны должны быть определены с учетом взрывов из-за утечки газа.

    • Предохранительные клапаны или другая соответствующая система защиты от взрыва должны быть предусмотрены в выхлопе, мусор и впускные коллекторы воздуха.

    • Трубы выхлопные газовые от Dual Fuel двигатели не должны подключаться к выхлопу трубы других двигателей или систем.

    • Пусковые воздушные патрубки каждому цилиндру должно быть обеспечено эффективное пламя разрядники.

    • Пламегасители должны быть предусмотрено на входе в коллектор подачи газа для двигателя.
      Необходимо сделать так, чтобы подача газа в двигатель можно отключить вручную со стартовой платформы или любой другой контрольная позиция.

    Если поршневой двигатель типа ствола используется как двухтопливный двигатель, Картер должен быть защищен следующими мерами:

    • Вентиляция должна быть обеспечена для предотвращения накопления утечка газа, выход для которого должен быть выведен в безопасное место в открытом пламени через пламегаситель.

    • Обнаружение газа или эквивалент оборудование. (Рекомендуется средство для автоматического впрыск инертного газа должны быть обеспечены).

    • Детектор масляного тумана.

    двигатель должен быть предназначен для остановки до обнаружения концентрации газа указанные газовые детекторы достигают 60% нижнего предела воспламенения.


    Если в качестве двухтопливного двигателя используется двигатель с поперечным сечением:

    • защита картера от масляного тумана или подшипника датчик температуры

    • Обнаружение газа или эквивалентное оборудование должно быть предоставлено для нижнее пространство поршня двигателя поперечного типа.

    двигатель должен быть предназначен для остановки до обнаружения концентрации газа указанные газовые детекторы достигают 60% нижнего предела воспламенения.

    См. Также The 2 Двухтактный двигатель с рабочим ходом

    ,

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о