- Камери згоряння дизельних двигунів і особливості роботи такого ДВС
- Як згорає паливо в дизельному двигуні
- Часті проблеми дизелів: момент уприскування і компресія
- Що в підсумку
Наша сеть партнеров Banwar
Дизельний двигун сьогодні є другим за ступенем поширеності типом ДВС після бензинового агрегату. Конструктивно дизельний мотор схожий на бензиновий аналог, так як має все ті ж циліндри, шатуни , поршні , Колінвал і т.д. При цьому всі деталі більш масивні і важкі, адже вони повинні витримувати підвищені навантаження.
Справа в тому, що ступінь стиснення в дизелі вище, ніж в агрегатах на бензині. Якщо в бензиновому моторі вказаний середній показник становить від 9-ї до 11-ї одиниць, то в дизельному вже цілих 20-24. З цієї причини дизельний двигун важчий і крупніше бензинового агрегату.
Головною ж відмінністю є спосіб приготування, подачі і займання паливно-повітряної суміші. У більшості моторів на бензині робоча суміш утворюється у впускному колекторі і «засмоктується» в циліндри.
Після подачі в циліндри робоча суміш запалюється в камері згоряння від іскри. При цьому в дизельному двигуні паливо і повітря подаються окремо, при цьому суміш запалюється самостійно від різкого стиснення і нагрівання.
Далі ми поговоримо про те, які процеси протікають в камері згоряння дизельного двигуна, як реалізована подача дизпалива , Яким чином відбувається сумішоутворення і займання заряду, а також який тиск і температура в камері згоряння дизеля.
Камери згоряння дизельних двигунів і особливості роботи такого ДВС
Почнемо з того, що камери згоряння дизельних двигунів дещо відрізняються від бензинових. Існує два основних типи камер:
- нерозділена камера згоряння дизельного мотора;
- розділена камера згоряння дизельного ДВС;
Нерозділений тип є однооб'ємний камерою, як правило, простої форми, яка узгоджена з розташуванням форсунок. Такі камери зазвичай виконуються в днище поршнів, також можуть бути виготовлені частково в днище і частково в ГБЦ, рідко тільки в голівці блоку.
Розділений тип камери згоряння передбачає два окремих один від одного обсягу, які з'єднані за допомогою особливих каналів. Таких каналів може бути від одного і більше.
Якщо говорити про плюси і мінуси, перший тип дозволяє забезпечити двигуну кращий ККД , Проте температури в такій камері згоряння вище. Також зростають і ударні навантаження. Що стосується розділених камер згоряння, ККД менше, проте вдається реалізувати більш повноцінне згоряння палива, такий дизель менше коксується, димить і т.д.
Як згорає паливо в дизельному двигуні
Тепер давайте розглянемо сам процес горіння. Як відомо, для горіння палива необхідна певна кількість кисню, а також джерело, який дозволить суміші спалахнути.
У дизелі замість зовнішньої іскри таким джерелом є висока температура, тобто нагрів.
Зазначений нагрів досягається завдяки тому, що повітря в циліндрі сильно стискається, а дизпаливо подається в самий останній момент. Це обумовлено тим, що температура, необхідна для займання, зростає з ростом тиску, при цьому температура самозаймання палива в подібних умовах знижується.
Іншими словами, паливно-повітряна суміш в дизельному двигуні самозаймається від високого тиску і нагрівання. При цьому нормальна робота двигуна сильно залежить від правильно налаштованого уприскування, якісного стиснення суміші, а також від повноти згоряння заряду в циліндрах.
На самому початку в циліндр подається повітря, стискається і нагрівається. Далі паливо впорскується в камеру згоряння дизельного двигуна, під час вприскування відбувається його розпорошення.
Потім виникає самозаймання, полум'я поширюється по циліндру. Впорскування пального зупиняється, а залишки палива продовжують горіти. Далі процес повторюється.
Як видно, хоча подача і горіння заряду в дизелі протікає за дуже короткий проміжок часу, цей відрізок можна розділити на етапи:
- Перший етап впорскування палива до початку його займання (затримка займання). Форсунки на даному етапі подають солярку, причому в розпиленому вигляді. Утворюється паливний «туман», який поширюється в сильно стислому і нагрітому повітрі.
Фактично туман являє собою дрібні краплі палива, але вони не запалюються. Справа в тому, що спочатку пальне має випаруватися.
Тільки після цього відбудеться змішування випаруваного дизпалива з повітрям, а сама суміш нагріється до температури, необхідної для самостійного займання. Відзначимо, що затримка займання повинна бути короткою.
- Другий етап-займання і поширення фронту полум'я по циліндру. Справа в тому, що після займання відразу горить не весь обсяг, а виникають точкові «вогнища» загоряння. Вони локалізуються в місцях, де паливо найбільш якісно змішалося з повітрям, а температура в камері близько 1700 К.
Таке початкове горіння призводить до підвищення температури і тиску в циліндрі. В результаті паливо, яке ще не загорілося, активно випаровується і змішується з повітрям. У цей момент фактично відбувається повне загоряння суміші в циліндрі, при цьому різко збільшується тиск.
- Настає третій етап, року паливо безпосередньо згорає. Інжекторна форсунка ще впорскує солярку, пальне вже відразу загоряється від контакту з полум'ям в камері згоряння. Полум'я в цей момент ефективно поширюється по всьому об'єму, тиск також максимально.
Саме на даному етапі тиск в результаті згорає палива з великою силою штовхає поршень, змушуючи двигун робити корисну роботу. Що стосується температури, показник зростає до 2200 К.
- Завершальний четвертий етап є моментом, коли залишки палива догоряють в циліндрі. В цей час поршень вже переміщається вниз, що означає падіння тиску і температури.
Як видно, тиск в камері згоряння дизельного двигуна грає першорядну роль для реалізації самозаймання палива. Що стосується уприскування, необхідно, щоб солярка подавалася в строго певний момент, в потрібній кількості, а також якісно розпорошуватися.
Якщо виникнуть збої, поширення полум'я буде порушено, температура в камері згоряння дизельного двигуна підвищується, виникає ризик детонації, паливо не згоряє в повному обсязі і т.д.
Часті проблеми дизелів: момент уприскування і компресія
Якщо стиснення суміші в циліндрі виявляється недостатнім, під час роботи двигуна можна почути шуми і металеві стуки. Справа в тому, що в такому випадку суміші потрібно більше часу, щоб нагрітися до температури займання.
Виходить, зниження компресії дизельного двигуна збільшує час до займання заряду.
При цьому в циліндрі незгорілої суміші буде більше, ніж потрібно. В результаті в момент загоряння такого заряду процес горіння набуває вибуховий характер, тиск різко збільшується, з'являється ударна хвиля і детонація , руйнуючи ЦПГ і надаючи значні навантаження на деталі двигуна.
Також зниження компресії призводить до того, що дизель починає диміти . Вихлоп може бути чорним або сірувато-білим. У випадку з білим димом з вихлопної труби, дизпаливо просто неефективно запалюється в момент, коли поршень доходить до ВМТ.
Потім поршень йде вниз, температура і тиск додатково знижуються, немає умов для горіння. Виходить, незгорілих солярка випаровується і далі потрапляє в випускну систему
Те ж саме відбувається і в тому випадку, якщо впорскування дизпалива занадто пізній. Іншими словами, компресія в циліндрах нормальна, але подача палива з запізненням призводить до того, що поршень вже йде вниз, немає потрібного стиснення і тиску для самозаймання.
Якщо ж вихлоп чорний, це може вказувати на те, що форсунки «переливають», тобто подача пального відбувається в більшому обсязі, ніж необхідно. Простими словами, дизпалива багато, а кисню просто недостатньо на таку кількість пального.
Наявний кислородпозволяєт вигоріти тільки частини палива, а незгорілі залишки перетворюються в вуглець, що і проявляється у вигляді характерного чорного диму з вихлопної труби.
Ще відзначимо, що до схожих проблем може приводити недостатня подача повітря (наприклад, забитий повітряний фільтр), завоздушіваніе системи харчування дизельного двигуна і т.д.
У підсумку, якщо порушується нормальний процес сумішоутворення, це закономірно впливає на момент займання і подальшу ефективність згоряння паливного заряду в циліндрах.
Що в підсумку
З урахуванням вищесказаного стає зрозуміло, що дизель має особливу потребу в високоточному паливному уприскуванні. Від цього безпосередньо завіт ККД, ресурс мотора, економічність, рівень токсичності відпрацьованих газів і ряд інших важливих параметрів.
З цієї причини дизельні форсунки на сучасних типах зазначених моторів здатні забезпечити так званий фазований (багатофазних) впорскування, подаючи дизпаливо до 10 разів за один робочий такт двигуна.
Наостанок зазначимо, що сьогодні звичний ТНВД з механічними форсунками активно замінюється насос-форсунками або системою Common Rail, дозволяючи домогтися максимальної ефективності впорскування пального на всіх етапах подачі палива в камеру згоряння.
Подібні рішення в поєднанні з турбокомпресором дозволяють сучасному дизельному мотору впевнено конкурувати на ринку з бензиновими аналогами, при цьому висока паливна економічність залишається головною перевагою дизельного двигуна.