Особенности дизельного двигателя
Данный тип двигателя был изобретен еще в 1824 году французским ученым-физиком, который выдвинул теорию о том, что, изменяя объем тела, можно его нагревать, то есть произвести стремительное сжатие.
Практическое применение данная гипотеза нашла только через 70 лет. Именно тогда был выпущен первый дизельный двигатель. Его принцип работы заключается в следующем: происходит самовоспламенение впрыснутого топлива, которое взаимодействует с воздухом в процессе сжатия.
Дизельный двигатель находит обширную область применения, начиная с легковых автомобилей, с/х техники и заканчивая военной техникой (танки, морские судна).
Перегрев дизельного двигателя
В процессе эксплуатации любого ДВС могут возникнуть неисправности, которые приводят к перегреву бензинового или дизельного мотора. Для дизельного двигателя перегрев является более серьезной проблемой сравнительно с бензиновыми аналогами, так как критическое повышение температуры может быстро вывести дизель из строя благодаря ряду конструктивных особенностей агрегата.
Преимущества и недостатки дизельного двигателя
Как и все остальные двигатели, дизельный имеет ряд как положительных, так и негативных сторон. Основные достоинства:
- Во-первых, дизельные моторы могут потреблять любое горючее, поэтому к нему не предъявляют серьезных требований.
- Во-вторых, чем больше масса и концентрация углеродных атомов, тем больше теплотворная способность движка и его эффективность.
- В-третьих, транспортные средства с дизельными моторами более отзывчивые из-за высокого значения крутящего момента при малых оборотах. Поэтому владельцы спортивных быстрых машин предпочитают именно дизельный вариант двигателя.
- В-четвертых, содержание углекислого газа в выхлопах на порядок ниже, чем у аналогичных бензиновых.
- В-пятых, дизельный двигатель является более экономичным, так как стоимость солярки меньше стоимости бензина.
Несмотря на столь внушительный список достоинств, дизельный двигатель имеет также ряд недостатков:
- Во-первых, стоимость дизельного двигателя выше стоимости бензинового, так как из-за возникающей во время эксплуатации высокой механической напряженности детали должны быть качественными и прочными.
- Во-вторых, мощность бензиновых моторов превышает мощность дизельных.
- В-третьих, зимой вероятность застывания дизельного топлива больше, чем бензина.
- В-четвертых, эксплуатация дизельного мотора должна быть предельно внимательной и аккуратной, так как, если не ухаживать за ним, то придется проводить ремонтные работы, которые будут стоить немалых денег.
Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС
Начнем с того, что камеры сгорания дизельных двигателей несколько отличаются от бензиновых. Существует два основных типа камер:
- неразделенная камера сгорания дизельного мотора;
- разделенная камера сгорания дизельного ДВС;
Неразделенный тип является однообъемной камерой, как правило, простой формы, которая согласована с расположением форсунок. Такие камеры обычно выполняются в днище поршней, также могут быть изготовлены частично в днище и частично в ГБЦ, редко только в головке блока.
Если говорить о плюсах и минусах, первый тип позволяет обеспечить двигателю лучший КПД, однако температуры в такой камере сгорания выше. Также растут и ударные нагрузки. Что касается разделенных камер сгорания, КПД меньше, однако удается реализовать более полноценное сгорание топлива, такой дизель меньше коксуется, дымит и т.д.
Фазы сгорания
Рабочий процесс двигателя разделяется на четыре части. Первая – впрыскивание горючей смеси в камеру сгорания, в которой находится высокое давление.
Вторая – эта смесь начинает воспламеняться и гореть. Третья часть – образование неотработанных смесевых капель, которые затем превращаются в сажу. На 4 фазе – догорание топливных остатков для того, чтобы ограничить загрязнение атмосферы от них. Здесь же проявляется недостаток кислорода, это происходит из-за сгоревшей массы топлива в предыдущих частях.
Фазы сгорания топлива и природа выхлопных газов
Как же осуществляется процесс сгорания топливно-воздушной смеси в дизельных моторах и какая при этом температура в камере? Итак, весь процесс работы двигателя можно разделить на четыре основные стадии. На первой происходит впрыскивание горючего в камеру сгорания, происходящее под высоким давлением, что и является началом всего процесса. Затем хорошо распыленная смесь самовоспламеняется (вторая фаза) и горит. Правда, далеко не всегда топливо во всем объеме достаточно хорошо перемешивается с воздухом, есть еще и зоны, имеющие неравномерную структуру, они начинают гореть с некоторым запозданием. На данном этапе вероятно возникновение ударной волны, но она не страшна, так как не приводит к детонации. Температура же, царящая в камере сгорания, достигает 1700 К.
Во время третьей фазы образуются капли из неотработанной смеси, они при повышенных температурах превращаются в сажу. Такой процесс, в свою очередь, приводит к высокой степени загрязнения выхлопных газов. В этот период температура еще более возрастает на целых 500 К и достигает значения 2200 К, при этом всем давление, напротив, постепенно понижается.
На последнем же этапе происходит догорание остатков топливной смеси, чтобы она не выходила в составе выхлопных газов, существенно загрязняя атмосферу и дороги. Для этой стадии характерен недостаток кислорода, это происходит из-за того, что его большая часть уже сгорела на предыдущих фазах. Если подсчитать все количество потраченной энергии, то она будет составлять около 95 %, оставшиеся же 5% теряются в связи с неполным сгоранием горючего.
Регулируя степень сжатия, а точнее, доведя ее до максимально допустимого значения, можно немного снизить расход топлива. В этом случае температура отработанных выхлопных газов дизельного двигателя будет находиться в пределах от 600 до 700 °С. А вот в аналогичных карбюраторных моторах ее значение может достигнуть целых 1100 °С. Поэтому получается, что во втором случае теряется намного больше тепла, а выхлопных газов вроде как больше.
Параметры моторов, работающих на дизеле
Многие автовладельцы задают вопрос, какая рабочая температура дизельного двигателя должна быть. Но чтобы ответить на него, следует уделить немного внимания основным параметрам, влияющим на работу мотора. Важное значение в работе мотора имеет количество тактов, то есть бывают двух- и четырехтактные.
Мощность агрегата также зависит и от вращающего момента. Рабочая температура дизельного двигателя определяется степенью сжатия газово-топливной смеси, поэтому температура прямо пропорциональна сжатию. Таким образом, при увеличении сжатия будет увеличиваться и температура, вследствие чего будет повышаться интенсивность этого процесса, повышая коэффициент полезного действия. Стоит помнить о том, что наиболее эффективная работа производится при равномерном горении топливной смеси.
Важным параметром для достижения максимально возможных эксплуатационных характеристик является рабочая температура. Рабочая температура дизельного двигателя должна поддерживаться исходя из конструкции и назначения двигателя. Данный факт определяет, является ли температура нормальной или нет.
Показатель степени сжатия
Первое условие, от которого будет зависеть, достигнет ли двигатель нужной температуры – степень сжатия. Подробно об этом термине рассказывается здесь. Если коротко, то от того, насколько сильно сожмется воздух в цилиндре, зависит, воспламенится ли солярка в камере или нет. В исправном агрегате этот параметр может достигать 6-7 сотен градусов.
В отличие от бензинового агрегата дизель обеспечивает сгорание топлива за счет впрыска порции в раскаленный воздух. Чем сильнее будет сжат объем в цилиндре, тем выше будет и его температура.
По этой причине мотор настраивают так, чтобы его степень сжатия способствовала равномерному сгоранию топлива, а не его резкому взрыву, как только начнется его распыление. Если превысить допустимое сжатие воздуха, то топливно-воздушная смесь не будет успевать формироваться. Это будет приводить к бесконтрольному возгоранию дизтоплива, отрицательно сказываясь на динамических характеристиках ДВС.
Двигатели, в которых рабочий процесс связан с образованием увеличенной степени сжатия, называются горячими. Если этот показатель превышает допустимые нормы, то агрегат будет испытывать локальные термические перегрузки. Плюс к тому его работа может сопровождаться детонацией.
Повышенная термическая и механическая нагрузка приводит к сокращению рабочего ресурса мотора или некоторых его элементов, например, кривошипно-шатунного механизма. По этим же причинам может выйти из строя форсунка.
