Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Электронное управление дизельным двигателем

Электронное управление дизельным двигателем ( EDC ; немецкий « электронный контроль дизельного топлива ») описывает систему от Bosch, которая состоит из датчиков, логики (электронного оборудования и программного обеспечения в блоке управления) и исполнительных механизмов. Для упрощения система описывается как блок управления двигателем для дизельных двигателей . Типичные названия — EDC15, EDC16 и EDC17. Цифры описывают соответствующее поколение. К другим важным производителям таких блоков управления двигателем относятся: Continental , Delphi и Denso , но их продукция не обязательно указывается под аналогичным названием.

EDC используется для двигателей в автомобилестроении, строительной технике, рельсовом и водном транспорте, а также в мобильных установках (насосы, генераторы).

Bosch EDC принес на рынок в 1986 году, и система была впервые использована в двигателе M21 из в 524td BMW E28 .

Оглавление

Способ действия

EDC описывает электронный блок управления двигателем для управления количеством впрыскиваемого топлива в дизельных двигателях. Количество и распределение впрыска определяют крутящий момент в этом двигателе и регулируются электронно регулируемыми (в секторе строительной техники также механическими) насосами высокого давления или инжекторами с электронным переключением. Задача EDC — рассчитать временной профиль впрыска топлива в камеру сгорания и обеспечить его с помощью управления насосом и клапанами впрыска.

Современная система впрыска дизельного топлива, такая как впрыск Common Rail , возможна только благодаря множеству степеней свободы, предоставляемых EDC. Из-за своей сложности реализовать без EDC было бы очень дорого.

Центральный компонент — мощный микроконтроллер с аналоговыми / цифровыми входами / выходами. Большое количество электронных периферийных систем обрабатывают сигналы от дизельного двигателя и к нему.

Программное обеспечение играет очень важную роль в EDC, поскольку оно принимает очень сложные размеры из-за возрастающих требований к предельным значениям выхлопных газов . Для бортовой диагностики (OBD) требуется большое количество функций, чтобы иметь возможность контролировать дизельный двигатель в случае обслуживания. Также были добавлены многие удобные функции, поскольку они стали возможными только благодаря EDC и теперь являются стандартными, особенно в дизельных автомобилях.

Электронное управление системой впрыска дает следующие преимущества:

  • Более строгие пределы выбросов выхлопных газов можно контролировать и соблюдать в течение длительного периода времени, а диапазон выбросов различных транспортных средств одного типа может быть сужен.
  • Более низкий уровень шума двигателя, более плавная работа (важно для автомобилей, не имеет отношения к строительной технике)
  • Лучший ответ
  • Беспроблемное оснащение автомобилей функциями комфорта, например, круиз-контролем.
  • Упрощенная адаптация типа двигателя к различным приложениям (например, грузовик, корабль, стационарный двигатель).

В автомобиле EDC — одно из самых мощных и сложных устройств управления. Здесь не только обрабатывается множество входных и выходных сигналов в зависимости от скорости и количества цилиндров , но это также должно выполняться в реальном времени . Сердцем оборудования является микроконтроллер с флэш-памятью, на которой запускается программное обеспечение , размер которого может составлять несколько мегабайт .

Дополнительные функции блока управления:

  • Связь с другими блоками управления через шину CAN , LIN , PSI5 или другие интерфейсы
  • Самодиагностика блока управления: обнаружение и сохранение ошибок
  • Диагностика датчиков и исполнительных механизмов: обнаружение и сохранение ошибок
  • Мониторинг режима работы двигателя и безопасное отключение
  • Управление выхлопной системой с сажевым фильтром и каталитическим нейтрализатором
  • Диагностический интерфейс через протокол связи, например B. KWP2000

На первый взгляд блоки управления EDC для легковых и грузовых автомобилей мало различаются по функциональности, но при более внимательном рассмотрении обнаруживаются некоторые отличия:

характерная чертаМашинаКоммерческие автомобили, промышленные двигатели
Напряжение аккумуляторной батареи (фактическое бортовое напряжение во время работы выше примерно на 20%):12 вольт12 или 24 вольт
Регулятор холостого ходаПлавный ход при низком расходе топливаОсобенно большая и мощная программная часть. Позволяет груженым 40-тонным грузовикам работать на холостом ходу на высшей передаче, а рабочие машины могут работать на холостом ходу с большей скоростью.
Уровень вспышкиНесколько уровней прошивки для OEM и авторизованных мастерских, например Б. Окончание линии и обновление программного обеспеченияКак машина. Дополнительный уровень вспышки для разных производителей, например B. Изменения параметров / обновления программного обеспечения для двигателей OEM, изменения параметров для OEM-производителей шасси, изменения параметров для OEM-производителей специальных кузовов и т. Д.
Жизнь поколения ECUИз-за частых скачков поколения в аппаратном обеспечении, программное обеспечение также постоянно обновлялось; в будущем программное обеспечение должно стать более независимым от оборудования благодаря новым архитектурам, таким как AUTOSAR .Программное обеспечение дорабатывается для существующего оборудования, и ошибки устраняются на более длительный период времени.
Расчетный срок службыдесять лет> 10 лет (в зависимости от области применения)
Оптимизация целевого рабочего поведенияЛучшая общая координация, особенно мощности, крутящего момента, расхода, плавности хода, выхлопных газов, шума, срока службыНизкие эксплуатационные расходы, особенно за счет низкого потребления, недорогого обслуживания, длительного срока службы

Функции EDC

EDC предлагает множество функций, которые могут быть включены в зависимости от привода и типа впрыска. Эти функции описаны здесь более подробно, поскольку они также содержатся в аналогичной форме в конкурирующих системах впрыска и в целом описывают состояние дел в области управления дизельным двигателем.

Если корректировки вносятся в соответствии с картами, эти карты обычно основаны на температурах двигателя, всасываемого воздуха и топлива.

Функции управления двигателем с EDC (версия состояния 16):

  • Стартовое количество : контроль количества топлива при доводке до холостого хода. Регулирование автономное, т.е. т.е. игнорирует положение педали акселератора.
  • Управление режимом вождения : управление в соответствии с положением педали акселератора, скорректированным по скорости и в соответствии с картой.
  • Скорость холостого хода : автономно регулируемое управление в зависимости от таких нагрузок, как кондиционер, вспомогательные электрические потребители (обогрев заднего стекла, обогрев воздуха), уровень заряда аккумулятора, гидроусилитель руля. В этом рабочем диапазоне необходимо очень точно дозировать очень небольшое количество топлива, чтобы добиться плавного холостого хода.
  • Ограничение : уменьшение количества оборотов выше номинальной до 0 при достижении максимально допустимой скорости вращения двигателя.
  • Промежуточный контроль скорости (ZDR): грузовики с отбором мощности офф (например , краны, самосвалы, холодильные коробки или типичными муниципальные транспортные средства) держать скорость при заданном значении, независимо от нагрузки.
  • Круиз-контроль : управление двигателем на постоянной скорости. В отличие от ZDR, система управления двигателем также компенсирует переключение передач в автоматических трансмиссиях .
  • Ограничение скорости движения : предотвращает превышение указанной скорости движения. Эта спецификация может быть переменной (например, регулируемый предел для зимних шин низкого класса скорости) или фиксированной (например, разрешенная максимальная скорость грузовиков).
  • Демпфирование рывков (только автомобили): быстро нажимая или отпуская педаль акселератора (быстрое изменение нагрузки), водитель может стимулировать двигатель и автомобиль к вибрации ( эффект золотого дна ). Демпфирование рывков сглаживает быстрые изменения крутящего момента и обнаруживает вибрации в трансмиссии , которые затем активно демпфируются.
  • Количественная компенсация (MAR) : Различия между цилиндрами в компрессии, трении или в компонентах впрыска означают, что одинаковые количества впрыска и время приводят к разным крутящим моментам в рабочем цикле. EDC измеряет скорость / ускорение в рабочем цикле и сравнивает их с другими цилиндрами, чтобы отрегулировать количество топлива. Эта функция также называется «Адаптивное выравнивание цилиндров» (AZG) и «Управление плавным ходом» (SRC).
  • Величина ограничения : эта функция отключает максимальный крутящий момент, например, если механические компоненты не рассчитаны на максимально возможный крутящий момент двигателя (особенно это касается редукторов, приводных валов ) или если существует риск тепловой перегрузки или чрезмерных выбросов. На диаграмме крутящего момента эффект этой функции можно увидеть в том факте, что нет «пика крутящего момента», но вместо этого крутящий момент достигает горизонтального плато с определенной скорости, а затем снова падает на более высокой скорости.
  • Моторный тормоз : на грузовых автомобилях функция парковки автомобиля или в сочетании с тормозом с откидной створкой ( торможение двигателем ) для увеличения тормозного эффекта двигателем.
  • Корректировка высоты : компенсирует падение давления воздуха при движении в горах. Двигатели без наддува требуют большей регулировки, чем двигатели с турбонаддувом.
  • Калибровкафорсунок : в случае пьезоинжекторов точность впрыска повышается за счет рабочего напряжения форсунки при условии, что данные были измерены во время изготовления форсунки и переданы в блок управления двигателем. В случае капитального ремонта двигателя это означает, что соответствие форсунок их цилиндрам должно быть сохранено или откалибровано заново.
  • Калибровка нулевого количества : в частности, в системах Common Rail часто используется несколько впрысков за один рабочий цикл. Связанное со старением дрейфа величин можно избежать в том , что небольшие инъекции происходят в обгонной режиме при различных рабочих точках и для всех цилиндров и изменение скорости оценивается.
  • Регулировка среднего количества (MMA): корректирует связанный со старением долговременныйдрейф рециркуляции выхлопных газов, лямбда-регулирования (при наличии) и давления наддува.
  • Коррекция волны давления : при высоких давлениях впрыска волны давления возникают в части топливной системы с высоким давлением , что ухудшает точность управления между отдельными впрысками в рабочем цикле. Коррекция волны давления также позволяет динамически изменять расстояние между пилотным и основным впрыском.
  • Регенерация : если, например, для регенерации сажевого фильтра требуется более высокая температура выхлопных газов, EDC кондиционирует двигатель соответствующим образом.
  • Корректировка угла приращения : исправляет неточности в датчике скорости, чтобы лучше достичь оптимальной точки впрыска, от чего особенно выигрывают UIS (системы насос-форсунка).
  • Управление запуском впрыска : в 1980-х годах водитель автомобиля все еще вручную управлял регулятором запуска впрыска для холодного запуска, сегодня это определяется в соответствии с картами. Система управления также компенсирует возрастной дрейф времени переключения электромагнитных клапанов.
  • Управление BIP : в случае электромагнитных клапанов (особенно UIS, UIP, см. Следующий раздел), кривая тока на электромагнитном клапане распознается и оценивается, чтобы здесь также компенсировать дрейф, связанный со старением.
  • Отключение : в старых автомобилях с дизельным двигателем было только механическое или электрическое отключение (обесточенный электромагнитный клапан в ТНВД не допускает повышения давления). Однако в принципе двигатель может продолжать работать, особенно если он всасывает собственное моторное масло из-за неисправности. Двигатель можно было выключить только с помощью механической коробки передач, автомобили с автоматической коробкой передач работали бы на холостом ходу, а двигатель сам разрушался. Из-за такого поведения дизельного двигателя обычно устанавливается запорная заслонка или заслонка впускного коллектора, чтобы пары масла не «тряслись». выкл »при выключении и продолжении работы должен. Он регулируется соответствующим образом и, таким образом, ограничивает количество всасываемого воздуха. Это означает, что его также можно использовать для увеличения скорости рециркуляции выхлопных газов путем подачи возвращаемого выхлопного газа за заслонку впускного коллектора.
  • Внешнее вмешательство крутящего момента : реакция на запросы от других блоков управления в автомобиле, которые нуждаются в поддержке со стороны системы управления двигателем. Это включает, например, автоматическую коробку передач (уменьшение рывков переключения за счет уменьшения крутящего момента), поддержку ESP (см. Там) во время контрольных вмешательств в пограничных ситуациях, таких как экстренное / полное торможение (в коммерческих транспортных средствах двигатель также запускается, поэтому чтобы ось не блокировалась на льду).
Рекомендуется к прочтению  Лучшие находки электроники с AliExpress, которые Вам точно пригодятся

Другими функциями, которыми можно управлять, являются иммобилайзер , рециркуляция выхлопных газов , контроль времени накаливания (через собственный блок управления), управление вентиляторами, управление дополнительным подогревом охлаждающей жидкости, переключение впускных каналов (контроль завихрения с несколькими впускными клапанами), наддув. регулировка давления, отключение системы кондиционирования (сильное ускорение) и отключение цилиндров.

В некоторых случаях такие функции также могут быть активированы ретроспективно на поставленных автомобилях при условии, что дополнительные компоненты были модернизированы (например, подрулевой переключатель для круиз-контроля) или не требуются.

Системы нагнетательных насосов

Системы впрыска, с которыми работает EDC, разнообразны, что объясняется широким спектром применений дизельного двигателя. В частности, системы Common Rail (преобладающие в легковых автомобилях), распределительные и рядные ТНВД , системы насос-форсунка с отдельными насосами и комбинированные агрегаты.

Механические нагнетательные насосы с электронной поддержкой предлагают преимущества, когда требуются надежность и механический резервный уровень (аварийный режим).

Системы насос-форсунка обслуживаются EDC в различных исполнениях. В «Системе насосных агрегатов» (UIP) насос отделен от форсунки, например, как вставной насос на распредвале ниже, который соединен с форсункой в ​​головке блока цилиндров через линию высокого давления. Комбинированные агрегаты называются «системой насос-форсунок» (UIS) и напрямую приводятся в действие, например, верхним распределительным валом (особенно в дизельных двигателях VW Group с середины 1990-х годов, снятых с производства с 2010 года).

Значительные различия в деталях возникают в результате использования магнитных или пьезоинжекторов. Отличия заключаются в электронике в блоке управления, а также в обширных программных функциях для управления или корректировки форсунок.

  • Сроки форсунок
  • Блок питания для управления форсунками
  • Различные коррекции и функции коррекции (температура, напряжение питания, дрейф, . )

Многие другие задачи блока управления в значительной степени не зависят от системы впрыска.

Датчики и исполнительные механизмы

  • Датчик частоты вращения двигателя + датчик фаз газораспределения в качестве датчика фазы
  • Всасываемого воздуха Датчик температуры
  • Датчик массового расхода воздуха на впуске
  • Датчик атмосферного давления (атмосферное давление)
  • Датчик давления наддува на выходе из турбокомпрессора
  • Датчик давления в рампе в системе высокого давления для впрыска Common Rail
  • Широкополосный лямбда-зонд
  • Датчики температуры выхлопных газов на турбонагнетателе и лямбда-зонды
  • Датчик перепада давления на сажевом фильтре
  • Датчик температуры топлива
  • Датчик температуры охлаждающей жидкости
  • Выключатель педали сцепления
  • Переключатель педали тормоза
  • Потенциометр хода управляющего ползуна в старых системах впрыска
  • Датчик движения иглы на первой форсунке в системах распределительных насосов
  • Датчик давления в цилиндре для процессов сгорания с регулируемым давлением
  • Регулирование форсунок в двигателе с общей топливораспределительной рампой в зависимости от цилиндра
  • Серводвигатель или магнитный привод для контроля давления наддува
  • Перепускные заслонки с несколькими турбокомпрессорами
  • Привод направляющих лопаток турбины турбокомпрессоров VTG
  • Дроссельная заслонка для поддержки рециркуляции выхлопных газов и, среди прочего, для прерывания подачи воздуха для бережного отключения двигателя.
  • Клапан рециркуляции выхлопных газов
  • Клапан регулирования количества для регулирования расхода насоса высокого давления в двигателе Common Rail
  • Клапан регулировки давления в двигателе Common Rail
  • Запорный топливный клапан
  • Блок контроля количества для перемещения управляющей заслонки
  • Электромагнитный клапан регулятора впрыска (начало впрыска)
  • Свечи накаливания (возможно через дополнительный блок управления)
  • Вентилятор двигателя (возможно через дополнительный блок управления)
  • Приводы регулировки фаз газораспределения

литература

  • Конрад Райф (ред.), « Краткий обзор управления дизельным двигателем — включая выхлопную технологию », Bosch Fachinformation Automobil, 2-е издание, 2014 г., Springer Fachmedien Wiesbaden, ISBN 978-3-658-06554-6
  • Карл-Хайнц Дитше, Томас Йегер, Роберт Бош ГмбХ: автомобильная обложка в мягкой обложке. 25-е ​​издание, Фридр. Vieweg & Sohn Verlag, Висбаден, 2003 г., ISBN 3-528-23876-3
  • Роберт Бош (ред.): Автоэлектроника Автоэлектроника. 5-е полностью переработанное и дополненное издание. Vieweg & Sohn Verlag, Висбаден 2007, ISBN 978-3-528-23872-8
  • Кай Боргест: Электроника в автомобильной технике. 1-е издание, Фридр. Vieweg & Sohn Verlag, Висбаден, 2007, ISBN 978-3-8348-0207-1
Рекомендуется к прочтению  Почему на ВАЗ-2114 (2115) не работает прикуриватель и магнитола

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ abc См. Раздел «Электронное управление дизельным двигателем» в книге Конрада Рейфа (ред.) « Обзор управления дизельным двигателем, включая выхлопную технологию ».
  2. ^ Брайан Лонг: Автомобиль с нулевым выбросом углерода: Зеленые технологии и автомобильная промышленность, Crowood, 2013, ISBN 9781847975140 .
    Эта страница последний раз была отредактирована 9 июля 2021 в 09:01.

Текст доступен по лицензии «Creative Commons Attribution / Share Alike» ; Информацию об авторах и статусе лицензии интегрированных медиафайлов (таких как изображения или видео) обычно можно вызвать, щелкнув по ним. На содержание могут распространяться дополнительные условия. Используя этот сайт, вы соглашаетесь с условиями использования и политикой конфиденциальности .
Wikipedia® — зарегистрированная торговая марка Wikimedia Foundation Inc.

Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.

история создания дизельного двигателя

Название этого двигателя соответствует фамилии изобретателя Дизеля. Рудольф Дизель создал ДВС в 1897 году. Ему удалось создать устройство, где топливо возгорает от сжатия, а не от подачи искры.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

история дизельного двигателя

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.

Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Устройство системы дизельного двигателя

устройство дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

Дизельный двигатель: устройство и принцип действия (фото и видео)

Дизельный двигатель: устройство и принцип действия (фото и видео)

Французский ученый С. Карно в 1824 году создал основы термодинамики. В этой работе он, в числе многого другого, утверждал, что заставить тепловую машину работать наиболее экономично можно, доводя рабочее тело до температуры вспышки топлива сжатием. Фактически он сформулировал принцип, на котором работают дизельные двигатели. Оставалось только взять и сделать такой двигатель. Но этого пришлось ждать еще несколько десятков лет.

Рудольф Дизель

Рудольф Дизель

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на первый двигатель, работающий на сжатии воздуха до температуры вспышки. В 1987 году первый «дизель-мотор» (так немцы называют двигатель с воспламенением от сжатия) заработал и доказал свою эффективность.

Патент дизельного двигателя

Патент, выданный Рудольфу Дизелю на его изобретение

Рекомендуется к прочтению  Основы чип-тюнинга для начинающих

По сравнению с «отто-мотором» (бензиновый двигатель со свечами зажигания) новый двигатель был более тяжелым и поначалу не внушал большого энтузиазма. Но только поначалу. Устройство дизельного двигателя первых образцов включало воздушный компрессор для впрыскивания топлива.

Сам Дизель вначале предполагал применить совсем уж экзотический вариант: угольная пыль. Смесь угольной пыли и воздуха, конечно, способна работать в двигателе, но за сколько часов абразивные частицы съедят кольца, поршни, седла и тарелки клапанов, об этом как-то не подумали. Да и саму угольную пыль получить не так просто.

Из-за тяжелого компрессора двигатель оказывалось невозможно применить на наземном транспорте. Но в работе он расходовал так мало горючего и работа его была настолько устойчивой, что отказаться от него было уже невозможно. Расчеты показывали, что от двигателя можно ожидать значительно большую мощность, если решить проблему с подачей топлива.

У инженеров возникла идея заменить компрессор плунжерным насосом. Качать топливо в жидком виде было чрезвычайно выгодно, на это уходит гораздо меньше энергии, а насос можно сделать совсем небольшим. Однако, изготовить плунжерную пару было не так просто. Дело в особой точности изготовления — расстояние между деталями составляет 2-3 микрона.

Все же дизелям нашлась работа. Впервые они были установлены на немецких подводных лодках еще при кайзере Вильгельме. (Возможно, с этим как раз связано темная история исчезновения самого изобретателя, утонувшего в Ла-Манше по дороге в Англию.)

В 1920 году Роберт Бош наконец, получает качественный плунжерный насос. В цилиндры двигателя научились подавать больше топлива. Теперь обороты дизельного двигателя и его удельная мощность, становятся достаточными для установки на автотранспорте. Вместе с насосом Бош разрабатывает и очень удачную форсунку для топлива.

Сгорание топлива в дизельном двигателе

Проще всего понять, как работает дизельный двигатель, если посмотреть на сгорание топлива в нем. В дизелях используется тяжелое топливо. Это означает, что двигатель внутреннего сгорания такого типа может работать на керосине (известном как солярка), мазуте, сырой нефти, и даже на некоторых растительных маслах.

Все эти виды топлива более калорийны, чем бензин. Так что, рабочая температура дизельного двигателя заметно выше, чем у бензинового. Но тяжелые виды топлива горят хуже, чем бензин, медленнее и трудно поджигаются. Для их воспламенения требуется большая степень сжатия, воздушно-топливная смесь должна нагреваться до 700-800°С.

Вязкость любого из дизельных видов топлива, даже в подогретом состоянии, выше бензиновой, а распылять его необходимо до мельчайшего состояния, особенно в быстроходных дизелях. Еще экспериментальный двигатель Дизеля работал при впрыске топлива под давлением не менее 50 бар (атм), а практический двигатель требует 100-200 бар.

Однако, у тяжелых калорийных топлив есть свое преимущество перед бензином. Давление в цилиндре дизеля практически постоянно на всем такте расширения, поэтому крутящий момент у них весьма значителен и стабилен. Благодаря постоянному давлению, угол опережения зажигания также остается постоянным и регулировки не требует. Ресурс дизельного двигателя больше, чем у бензинового. Есть области, где дизель практически незаменим, например в сельскохозяйственном тракторе.

Разновидности дизельных двигателей

Принцип действия дизельного двигателя для всех из них одинаков: сначала производится сжатие свежего заряда рабочего тела (воздуха), затем впрыскивается топливо. От высокой температуры смесь воспламеняется и сгорает, поднимая давление. Под его действием поршень двигается обратно и в нижней точке выпускной клапан цилиндра открывается, выпуская отработанный газ. В основном, это углекислый газ, дизельные двигатели экологически чище бензиновых.

Камеры сгорания дизелей могут выполняться непосредственно в днище поршня — там делается выемка особой формы — или в ряде случаев используют предкамеры (или форкамеры, как это говорят на родине двигателя). Первый вариант — самый экономичный, второй считался оптимальным в прежние годы. Сейчас, когда экономичность, во многих случаях, считается решающей, от предкамерных вариантов снова отказываются.

Рабочий процесс в дизеле может протекать, как и в бензиновом двигателе, в два или четыре такта. Подавляющее большинство дизелей — четырехтактные. Двухтактные проще реверсировать, поэтому они распространены на морских судах, где применяется жесткая связь с гребным валом. Камеры сгорания в двухтактных дизелях не разделяются из-за очевидных проблем с продувкой форкамеры.

Конструкция дизельного двигателя зависит от его мощности и назначения. Наиболее мощные двигатели, применяемые на судах и некоторых электростанциях, имеют крейцкопф — устройство для снижения боковых сил на поршень. Все мощные дизели имеют сложно устроенное дно, потому, что подвергаются высокой температуре.

Часть, обращенная в цилиндр, делается стальной, а остальная часть поршня (юбка) — алюминиевой. Кроме того, в поршне сделаны канавки для системы масляного охлаждения.

Типы дизельных двигателей различаются и по расположению цилиндров. Бывает рядовое, V-образное и даже такое, при котором цилиндры располагаются с разворотом на 180 градусов. Это зависит от тех условий, которые имеются на месте установки двигателя. Например, на современном грузовике или автобусе, скорее всего, будет применен двухрядный дизель, установленный под полом кабины водителя. Как устроен дизельный двигатель, будет зависеть и от наличия наддува.

Турбонаддув дизелей

Турбонаддув дизелей

Мощность дизельного двигателя, без увеличения расхода топлива, можно повысить при помощи турбокомпрессора. Тогда можно использовать еще неплохой кусочек диаграммы цикла Карно. Эксплуатация дизельного двигателя с турбокомпрессором имеет то преимущество, что используя энергию выхлопных газов можно раскрутить турбину, и на том же валу установить другую турбину — компрессор.

Этот компрессор будет нагнетать воздух, поступающий через впускной коллектор, увеличится заряд воздуха в цилиндрах, и, таким образом, мощность двигателя заметно возрастет. (Работу таких двигателей легко узнать по характерному свисту в момент раскручивания турбины.)

Плюсы и минусы дизельных двигателей

Преимущества дизельного двигателя — это высокий и постоянный крутящий момент в сочетании с высокой экологичностью выхлопных газов (это относится, правда, только к современным двигателям). Также вне конкуренции их высокий КПД, самый высокий среди ДВС. Известны дизели (MAN) дающие свыше 50%, (что считалось «теоретическим» максимумом). Там использован максимум всех современных достижений. Экономичность достигает до 40%, если провести сравнение с бензиновыми.

Проблемы дизельных двигателей, а без них техники не бывает, заключаются в тяжелом пуске, из-за высокой степени сжатия (до 25 в современных двигателях), на автомобилях приходится ставить мощный стартер и аккумулятор. Большая точность изготовления деталей насосов высокого давления и форсунок затрудняет обслуживание.

Дизели крайне чувствительны к механическим загрязнениям топлива, для очистки которого приходится применять даже центрифугу в составе топливной аппаратуры. При равном объеме в литрах, дизельный двигатель уступает бензиновому по мощности, при равной мощности дизель тяжелее. Дизельный двигатель требует более качественных сплавов для своего изготовления и заметно дороже бензинового.

И все же, сравнивая преимущества и недостатки дизельного двигателя, можно сделать выбор в пользу дизеля. Особенно этому способствует технический прогресс в области электроники и блоков управления двигателями. Система «общая магистраль» (common rail) и электромагнитные форсунки позволяет сильно упростить ТВНД, а блок управления доводит экономию топлива до максимума, поскольку работает на любых переходных режимах и успевает все отследить.

Также рекомендуем ознакомиться с данными видео о принципах работы и неисправностях дизельного двигателя:

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Источник https://deru.abcdef.wiki/wiki/Electronic_Diesel_Control

Источник https://autostuk.ru/dizelnyj-dvigatel-ustrojstvo-princip-raboty.html

Источник https://autoxs.ru/stati/pro-avto/1354-dizelnyj-dvigatel-ustrojstvo-i-princip-dejstvija-foto-i-video.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: