Устройство и работа дизельного двигателя: Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания.  У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800^оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.

ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию. 

Наиболее распространенным является другой тип дизеля — с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).

УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. Ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.

Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.

ТНВД — топливный насос высокого давления.

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера. 

Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.

ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Форсунки дизеля.

Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.

Топливные фильтры дизеля.

Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.

Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.

КАК ПРОИСХОДИТ ЗАПУСК ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ?

Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева.  Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900^оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа. 

Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30^оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

ТУРБОНАДДУВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».

Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.

СИСТЕМА COMMON-RAIL ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.

В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора. 

Дизельные двигатели: устройство и принцип работы

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

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

О типах дизелей

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

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

Дизели с раздельной камерой сгорания имеют меньшую шумность, поскольку вихревая камера гасит скорость роста давления в начале самовоспламенения. В дизелях без такого элемента самовоспламенение протекает прямо в объеме надпоршневого пространства. Поэтому они отличаются шумностью.

О работе дизельных моторов

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

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

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

Конструктивные отличия

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

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

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

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

Топливоподача в дизельном агрегате

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

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

ТНВД

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

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

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

Второй тип ТНВД в состоянии обеспечить большое давление впрыска по сравнению с первыми и после них токсичность выхлопа отвечает экологическим нормам. Создаваемый ими напор также связан с режимом работы дизельной силовой установки.

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

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

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

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

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

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

Топливоподача в насосах-форсунках и Common Rail

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Дизельные двигатели: ремонт

Эти моторы чаще всего ломаются из-за следующих причин:

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

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

Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя

Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя

Меню передачи энергии и технологии

Конструкция и эксплуатация дизельного двигателя

Дизельный двигатель подобен бензиновому двигателю, используемому в большинство автомобилей. Оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания, то есть они сжигают топливно-воздушную смесь внутри цилиндров. Оба являются поршневыми двигателями, приводимыми в движение поршнями, движущимися в двух направлениях. Большинство их частей похожи. Хотя дизельный двигатель и бензиновый двигатель работают с аналогичными компонентами, дизельный двигатель по сравнению с бензиновым двигателем равной мощности тяжелее из-за более прочных и тяжелых материалов, используемых для противостояния большим динамическим силам от более высоких давлений сгорания, присутствующих в дизельном топливе. двигатель.

Более высокое давление сгорания является результатом более высокой степени сжатия, используемой в дизельных двигателях. Степень сжатия является мерой того, насколько двигатель сжимает газы в цилиндре двигателя. В бензиновом двигателе степень сжатия (контролирующая температуру сжатия) ограничена топливно-воздушной смесью, поступающей в цилиндры. Более низкая температура воспламенения бензина приведет к его воспламенению (сгоранию) при степени сжатия менее 10:1. Средний автомобиль имеет степень сжатия 7:1. В дизельном двигателе обычно используется степень сжатия от 14:1 до 24:1. Более высокие степени сжатия возможны, потому что сжимается только воздух, а затем впрыскивается топливо. Это один из факторов, который позволяет дизельному двигателю быть таким эффективным.

Еще одно различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в способе управления частотой вращения двигателя. В любом двигателе скорость (или мощность) напрямую зависит от количества топлива, сжигаемого в цилиндрах. Бензиновые двигатели самоограничивают скорость из-за метода, который двигатель использует для контроля количества воздуха, поступающего в двигатель. Скорость двигателя косвенно контролируется дроссельной заслонкой в ​​карбюраторе. Дроссельная заслонка в карбюраторе ограничивает количество воздуха, поступающего в двигатель. В карбюраторе скорость потока воздуха определяет количество бензина, которое будет смешиваться с воздухом. Ограничение количества воздуха, поступающего в двигатель, ограничивает количество топлива, поступающего в двигатель, и, следовательно, ограничивает скорость двигателя. Ограничивая количество воздуха, поступающего в двигатель, добавление большего количества топлива не увеличивает скорость двигателя выше точки, при которой топливо сжигает 100% доступного воздуха (кислорода).

Дизельные двигатели не имеют самоограничения скорости, потому что воздух (кислород), поступающий в двигатель, всегда является максимальным. Поэтому частота вращения двигателя ограничивается исключительно количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Таким образом, в двигателе всегда достаточно кислорода для сгорания, и двигатель будет пытаться разогнаться, чтобы соответствовать новой скорости впрыска топлива. Из-за этого ручное управление подачей топлива невозможно, поскольку эти двигатели в ненагруженном состоянии могут разгоняться со скоростью более 2000 оборотов в секунду. Дизельным двигателям требуется ограничитель скорости, обычно называемый регулятором, для контроля количества топлива, впрыскиваемого в двигатель.

В отличие от бензинового двигателя, дизельному двигателю не требуется система зажигания, потому что в дизельном двигателе топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень достигает верхней точки такта сжатия. Когда топливо впрыскивается, оно испаряется и воспламеняется за счет тепла, создаваемого сжатием воздуха в цилиндре.

Схема дизельного цикла

CyclePad Библиотека дизайна Цель Мы рассмотрим конструкцию дизельного цикла и то, как его производительность можно улучшить, изменив степень объемного сжатия. Цикл Дизеля — замкнутый цикл (где система представляет собой управляющую массу), обычно используемый для моделирования цилиндров искрового зажигания, внутреннего сгорания, автомобильных двигателей, т. е. бензиновых двигателей. Общая идея Цикл Дизеля очень похож на цикл Отто тем, что оба являются замкнутыми циклами, обычно используемыми для моделирования двигателей внутреннего сгорания. Разница между ними в том, что цикл Дизеля — это 9 циклов.0010 цикл воспламенения от сжатия вместо цикла искрового зажигания, такого как цикл Отто. В циклах воспламенения от сжатия используется топливо, которое начинает сгорать, когда достигает температуры и давления, которые возникают естественным образом в какой-то момент во время цикла и, следовательно, не требуют отдельного источника энергии (например, от свечи зажигания) для сжигания. Дизельное топливо смешивают таким образом, чтобы обеспечить надежное сгорание при надлежащем тепловом состоянии, чтобы двигатели дизельного цикла работали хорошо. (Можно отметить, что большинство видов топлива начинают сгорать сами по себе при определенной температуре и давлении. Но это часто происходит непреднамеренно и может привести к слишком раннему сгоранию топлива в цикле. Например, когда бензиновый двигатель — обычно устройство цикла Отто — работает при чрезмерно высоких степенях сжатия, оно может начать «дизель», когда топливо воспламеняется до образования искры.Часто трудно заставить такой двигатель провернуть от так как обычный метод просто лишить его искры может не сработать. Этапы дизельных циклов Дизельные циклы состоят из четырех стадий: сжатия, сгорания, расширения и охлаждения. Рис. 3: движение вниз при сжатии Сжатие: Мы начинаем с воздуха в условиях окружающей среды — часто это просто внешний воздух, всасываемый в двигатель. Готовясь к добавлению тепла к воздуху, мы сжимаем его, перемещая поршень вниз по цилиндру. Именно в этой части цикла мы вносим работу 9от 0010 до воздух. В идеальном дизельном цикле это сжатие считается изоэнтропическим. Именно на этом этапе задаем объемную степень сжатия , r которая представляет собой отношение объема рабочего тела до процесса сжатия к его объему после. Поршень: перемещение от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Рисунок 4: пуск в нижней мертвой точке (показано пунктиром) во время горения Горение: Затем тепло добавляется в воздух за счет сжигания топлива. Этот процесс начинается, как только поршень выходит из положения нижней мертвой точки. Поскольку поршень движется в течение этой части цикла, мы говорим, что подвод тепла является изохорным, как и процесс охлаждения. Поршень: начинается с нижней мертвой точки, начинает двигаться вверх. Рисунок 1: движение вверх во время расширения Расширение: В дизельном цикле топливо сжигается для нагревания сжатого воздуха, а горячий газ расширяется, заставляя поршень двигаться вверх в цилиндре. Именно в этой фазе цикл совершает свою полезную работу, вращая коленчатый вал автомобиля. Мы делаем идеальное предположение, что эта стадия в идеальном цикле Дизеля изоэнтропична. Поршень: перемещение от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Рис. 2. Верхняя мертвая точка при охлаждении Охлаждение: Далее расширенный воздух охлаждается до условий окружающей среды. В реальном автомобильном двигателе это соответствует выпуску воздуха из двигателя в окружающую среду и замещению его свежим воздухом. Поскольку это происходит, когда поршень в цикле находится в верхней мертвой точке и не движется, мы называем этот процесс изохорным (без изменения объема). Поршень: в верхней мертвой точке. Диаграмма P-V Диаграмма P-v для дизельного цикла показана ниже. Рисунок 5: Диаграмма P-v дизельного цикла Пример схемы дизельного цикла Постановка проблемы В целях иллюстрации предположим, что мы хотим спроектировать дизельный цикл, который использует 1 кг воздуха при температуре окружающей среды 15°C и 100 кПа, сжимает его до одной восемнадцатой части исходного объема и добавляет к нему 1800 кДж тепла при сгорании. процесс. С тем, что мы знаем о циклах Дизеля, это все, что нам нужно, чтобы полностью описать проблему. (Мы также отмечаем, что это то же самое тепло, которое добавляется в примере конструкции цикла Отто.) CyclePad Реализация Ниже показана возможная конструкция CyclePad дизельного цикла. Рисунок 6: Дизельный цикл в CyclePad рабочая жидкость Наиболее распространенным рабочим телом для дизельного цикла является воздух, поскольку это самая дешевая вещь для сжигания бензина. Мы можем выбрать воздух в качестве нашего рабочего тела как воздух, выбрав его в качестве вещества в окне измерителя любого вещества. Описание этапов цикла Мы кратко рассмотрим каждую точку состояния и процесс цикла Дизеля, где должны быть сделаны проектные предположения, подробно описав каждое предположение. Как мы видим из примерных проектных ограничений, для описания идеального цикла Дизеля необходимо указать очень мало чисел. Остальные предположения определяются путем применения базовых знаний о цикле. Принципиальным численным проектным решением является степень сжатия. Свойства цикла В пункте меню Cycle мы можем вызвать окно индикатора Cycle Properties. Единственное необходимое предположение здесь состоит в том, что цикл является тепловым двигателем (устройством для преобразования тепла в работу), поэтому CyclePad знает, как оценить его эффективность. Предварительное сжатие (S1) В этот момент у нас есть воздух, поступающий в цилиндр при условиях окружающей среды, поэтому мы предполагаем, что температура равна 15% ° C, а давление равно 100 кПа, как указано в постановке задачи. Это также хороший момент, чтобы указать, что рабочей жидкостью будет воздух, и указать, что масса воздуха составляет 1 кг. Процесс сжатия (CMP1) Здесь мы предполагаем, что сжатие для нашего идеального дизельного цикла является изоэнтропическим, и что наша степень сжатия равна 18, как указано в постановке задачи. Посткомпрессия (S2) Здесь нет необходимых спецификаций. Процесс сжигания (HTG1) Здесь мы предполагаем, что нагрев (который происходит сразу после выхода поршня из положения нижней мертвой точки) происходит при движении поршня под постоянным давлением, поэтому он изобарический. Здесь мы также предполагаем, что подведенное тепло ( Q ) 1800 кДж. Предварительное расширение (S3) Здесь нет необходимых спецификаций. Процесс расширения (EXP1) Поскольку мы анализируем идеальный цикл Дизеля, мы предполагаем, что расширение является изоэнтропическим. Если бы мы знали, сколько тепла было потеряно при расширении и какую работу оно произвело, мы могли бы указать их здесь вместо того, чтобы смоделировать неидеальный процесс расширения. Выхлоп (после расширения) (S4) Здесь нет необходимых спецификаций. Здесь мы выпускаем использованный воздух в окружающую среду. Процесс охлаждения (CLG1) Поскольку замена отработанного воздуха свежим воздухом происходит при нахождении поршня в верхней мертвой точке, процесс охлаждения будем считать изохорным. Эффективность дизельного цикла Мы можем снова посмотреть в окно индикатора Cycle Properties, чтобы увидеть, что тепловой КПД построенного нами дизельного цикла составляет около 59%. Рисунок 7: Свойства цикла Одной из основных технических характеристик дизельного цикла была объемная степень сжатия. Мы можем использовать Инструмент чувствительности CyclePad для построения графика тепловой эффективности цикла в зависимости от этой степени сжатия. Рисунок 8: Эффективность цикла в зависимости от степени объемного сжатия Итак, если бы мы изменили значение r на 25, эффективность нашего цикла увеличилась бы до 65%, что является очень большим улучшением. Мы можем вспомнить из нашей конструкции цикла Отто, что увеличение степени сжатия оказало такое же благотворное влияние на эффективность в этом случае, как и здесь для цикла Дизеля. В цикле Отто ограничение заключалось в том, что при увеличении степени сжатия в цикле развивалось чрезвычайно высокое давление. Однако в цикле Дизеля мы не добавляем все наше тепло в цикл, пока поршень застревает в положении, обеспечивающем наименьший объем, поэтому чрезвычайно высокие давления, которые мы наблюдали в цикле Отто, развиваются не так быстро. На рисунке ниже показано. Рисунок 9: Максимальное давление цикла в зависимости от степени объемного сжатия Например, при выборе степени сжатия с 18 до 25, что увеличивает тепловую эффективность примерно до 65%, максимальное давление цикла увеличивается только с менее чем 5,7 МПа до чуть более 9 МПа. Для сравнения, цикл Отто с аналогичной эффективностью требует степени сжатия около 13,5, что приводит к максимальному давлению более 15 МПа. CyclePad Файлы дизайна Загрузите проект CyclePad для дизельного цикла. Связанные записи Модель цикла Отто Схема цикла Ренкина Источники Уолли, П. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Наверх