В чем состоит принципиальная разница смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях

Формирование топливного факела происходит в процессе впрыска. Длина факела Ɩф и его ширина bф ( рис. а) должны обеспечивать полный охват пространства камеры сгорания топливом. Угол βф конусности факела 12… 200. В факеле различают три зоны ( рис. б): сердцевину 1 из крупных частиц топлива, среднюю часть 2 и оболочку 3 из наиболее мелких капель топлива. Испарение — в первую очередь, еще до начала горения, испаряется оболочка факела. После воспламенения возрастает температура и резко ускоряется процесс прогрева и испарения средних и крупных капель топливного факела, перемешивания их с воздухом и сгорание. В зависимости от конструкции камеры сгорания дизелей делятся на две большие группы: неразделенные и разделенные.

Распределение топливных факелов по камере сгорания

Конструкции неразделеных камер сгорания дизелей Объемное смесеобразование — характерно для двухтактных дизелей. Практически всё впрыскиваемое топливо (85… 95%) распределяется в объеме камеры сгорания. Камера сгорания имеет малую глубину и большой диаметр (рис. а). Скорость движения воздушного заряда не превышает 12… 15 м/с.

Объемно-пристеночное смесеобразование — заключается в том, что часть топлива (20… 40%) концентрируется в пристеночном слое, а остальная часть распределяется по объёму камеры сгорания. При таком смесеобразовании диаметр камеры сгорания уменьшается, а глубина увеличивается (рис. б, в, г, д).

Скорости движения воздушного заряда составляет 25… 35 м/с.

Смесеобразование в дельтовидной (г) и тороидальной (в) камерах сгорания г) в) Пристеночное смесеобразование — заключается в том, что практически всё топливо ( 90… 95% ) подаётся в пристеночную зону.

Впрыскивание осуществляется через одно-сопловую форсунку под острым углом к стенкам глубокой камеры сгорания сферической формы (рис. е, ж, з).

Вращательное движение воздушного заряда вокруг оси цилиндра со скоростью 50… 60 м/с распределяет топливные капли вдоль стенки камеры сгорания и они растекаются по ее поверхности в виде тонкой пленки.

Теплота, для быстрого испарения топлива, подводится от стенок камеры сгорания, температура которых поддерживается в пределах 4000 С. Пристеночное смесеобразование обеспечивает: плавное и бесшумное сгорание топлива; высокую топливную экономичность и позволяет работать на топливах различного фракционного состава.

Смесеобразование в разделенных камерах сгорания С учетом характера движения воздушного заряда в вспомогательной камере различают вихрекамерное (рис. а) и предкамерное смесеобразование (рис. б). а) б) в) Вихревая камера — в форме сферы выполнена в головке цилиндра. Ось соединительной горловины направлена по касательной к поверхности вихревой камеры.

Поэтому, при сжатии, в ней создаётся направленное вихревое движение воздушного заряда со скоростью 100… 200 м/с. Предкамера — имеет меньший объем, чем вихревая камера, 20… 40% от общего объема камеры сгорания, и соединяется с основной камерой узким каналом.

При сжатии происходит беспорядочное перетекание воздушного заряда в предкамеру и его турбулизация при скоростях 300 м/с и более.

Для улучшения пусковых качеств и прогрева дизельного двигателя в камерах сгорания устанавливают свечи накаливания.

Для эксплуатации автомобля при особо низких температурах во впускную систему устанавливаются элетро – факельные устройства ( ЭФУ ).

Способы установки свечей накаливания: а) – в предкамере; б) – в вихревой камере; в) – в неразделенной камере. Свечи накаливания: а) – открытого типа; б) – закрытого типа с спиралью; в) — с нагревательным элементом.

Сравнение различных типов камер сгорания • 1. 2. 3. 10. 02.

2018 Преимущества неразделенных камер: Хороший пуск Высокая экономичность Простота конструкции Недостатки неразделенных камер: Малая турбулентность движения воздуха Высокое давление впрыска Жесткость работы (объемное распыление) • 1. 2. 3.

Преимущества разделенных камер: Высокая турбулентность движения воздуха Низкое давление впрыска Мягкость работы Недостатки разделенных камер: Затрудненный пуск Низкая экономичность Сложность конструкции 17

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ

Процесс смесеобразования в дизельном двигателе представляет собой сложный комплекс физических и химических явлений, протекающий от момента впрыскивания топлива в камеру сгорания до воспламенения последней его порции.

Дизели относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием. Впрыскивание топлива в цилиндр происходит через форсунку в конце процесса сжатия. При этом скорость струи топлива достигает 150…400 м/с.

Давление воздуха в цилиндре составляет более 2,9 МПа при температуре около 600ºС. Трение о воздух струи топлива вызывает разрушение ее на капельки диаметром 2…3 мкм.

распыление топлива и характер движения воздуха в цилиндре зависят от конструкции камеры сгорания.

Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенные и разделенные. У неразделенных камер сгорания (рис. 4.1) все пространство сжатия представляет собой единый объем, в который непосредственно впрыскивается топливо. Поскольку процесс смесеобразования происходит в едином объеме, к качеству распыления предъявляют очень высокие требования.

Рис. 4.1. Схема неразделенной камеры сгорания:

1 – поршень; 2 – камера сгорания; 3 – головка цилиндра; 4 – форсунка

Разделенную камеру сгорания имеют предкамерные дизели. Такая камера сгорания состоит из основной камеры 4 (рис. 4.2) и предкамеры 3.

Рис. 4.2. Схема разделенной камеры сгорания предкамерного дизеля: 1 – соединительный канал; 2 – форсунка; 3 – предкамера; 4 – основная камера сгорания

В предкамере топливо сгорает частично из-за недостатка воздуха. Остальная часть топлива в связи с резким повышением давления при сгорании с большой скоростью выбрасывается через соединительные каналы в главную камеру. При этом основная часть топлива также распыляется, перемешивается с воздухом, находящимся в главной камере, и догорает.

На качество смесеобразования наряду с конструкцией камеры сгорания влияют свойства применяемого топлива: плотность, вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, фракционный состав и др.

Повышение плотности топлива сказывается на процессе смесеобразования так же, как и увеличение вязкости: возрастает длина струи, ухудшается экономичность двигателя и увеличивается дымность.

При малой плотности топлива уменьшается длина струи, ухудшается процесс смесеобразования.

Поэтому плотность дизельного топлива должна быть оптимальной с учетом сезонности эксплуатации и других факторов и находиться в пределах 830…860 кг/м3.

Вязкость дизельного топлива влияет на качество распыления топлива и смесеобразования, прокачиваемость, работу топливного насоса, износ прецизионных пар насоса высокого давления, для которого топливо одновременно служит смазочным материалом, полноту сгорания и расход топлива, состав отработавших газов.

Из-за большой вязкости могут возникнуть перебои в подаче топлива к насосу вследствие большого сопротивления при протекании его по топливоподаюшей системе. Чем меньше вязкость, тем тоньше распыление топлива, меньше диаметр образующихся капель, лучше испаряемость.

Однако при этом уменьшается длина струи топлива (поскольку мелкие капельки обладают малой кинетической энергией), наблюдаются неравномерность образования горючей смеси, неполнота сгорания и перерасход топлива.

С повышением вязкости увеличивается длина струи. При этом часть капель попадает на стенки камеры сгорания, в результате чего ухудшается процесс смесеобразования, испаряемость и полнота сгорания топлива. Это ведет к перерасходу топлива, снижению мощности, повышению дымности отработавших газов. Для летних сортов топлива вязкость должна быть 3…6 сСт, для зимних – 1,8…6 сСт.

4.3 САМОВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ЦЕТАНОВОЕ ЧИСЛО. ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ

Самовоспламеняемосгь. Рабочий процесс дизеля отличается от процесса бензинового двигателя приготовлением и воспламенением горючей смеси. Воспламенение горючей смеси в дизельных двигателях происходит без постороннего источника зажигания.

Смесь самовоспламеняется под действием высокой температуры в результате бурно протекающих в ней реакций окисления. Па рисунке 4.3 показана индикаторная диаграмма дизельного двигателя, т.е.

диаграмма изменения давления р внутри цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Рис. 4.3. Развернутая индикаторная диаграмма дизеля:

а – при нормальной работе; б – при жесткой роботе; 1 – начало впрыскивания; 2 – самовоспламенение топлива; 3 – конец быстрого сгорания; 4 – конец замедленного сгорания; 5 — конец догорания

Подача топлива форсункой в камеру сгорания начинается в точке 1 за 10…20º угла поворота коленчатого вала до в.м.т. Заканчивается впрыскивание топлива у различных двигателей по-разному: как после в.м.т., так и до нее.

Угол между началом подачи топлива и в.м.т. называют углом опережения впрыскивания топлива и обозначают φвпр.

Продолжительность впрыскивания топлива соответствует периоду от начала до конца подачи топлива.

Воспламенение горючей смеси происходит спустя некоторое время после впрыскивания топлива в камеру сгорания. Это время называют периодом задержки самовоспламенения. Самовоспламенению паров топлива (точке 2) предшествует определенный период, в течение которого происходит ряд физических и химических процессов.

Топливо распыляется в горячем воздухе, капельки его подогреваются до высокой температуры и испаряются. Под действием высокой температуры и кислорода воздуха происходят предпламенные реакции многостадийного окисления углеводородов, входящих в состав топлива.

В рабочей смеси накапливаются кислородосодержашис соединения, которые затем начинают распадаться с выделением части теплоты (10… 15%) и кислорода. Холоднопламенное окисление приводит к повышению температуры смеси и появлению многих очагов воспламенения. В этот момент появляется голубое свечение, называемое «холодным» пламенем.

В результате повышения температуры смеси скорость химических реакций возрастает, происходит ее воспламенение, т.е. появление горячего пламени.

В точке 2 начинается сгорание топлива. Большая часть поступившего топлива к этому моменту успевает испариться, и процесс сгорания охватывает все новые порции горючей смеси. Топливо продолжает подаваться форсункой в камеру сгорания, оно интенсивно смешивается с воздухом, испаряется и быстро сгорает. В результате быстрого сгорания топлива давление в цилиндре значительно увеличивается.

Период быстрого сгорания продолжается от точки 2 до точки 3. В этом периоде выделяется основное количество тепловой энергии цикловой подачи топлива (до 70%), подача топлива форсункой продолжается, давление увеличивается. Концом периода условно считают точку 3, в которой достигается максимальное давление. В конце быстрого сгорания росг давления прекращается, скорость сгорания снижается.

После точки 3 начинается период замедленного сгорания, давление растет незначительно. Подача топлива прекращается, но процесс сгорания продолжается и температура газа повышается. Выделяется около 20% тепловой энергии топлива. Снижение давления в конце периода (точка 4) объясняется увеличением объема камеры сгорания и связи с движением поршня к н.м.т.

Концом периода замедленного сгорания условно принята точка 4, когда достигается максимальная температура газов в камере сгорания. Затем происходит догорание остатков топлива и продуктов неполного сгорания. Чем тяжелее топливо, выше его вязкость и плотность, тем длительнее период догорания.

Фаза догорания может достигать 70º угла поворота коленчатого вала к в.м.т.

При большом периоде задержки самовоспламенения горючей смеси в цилиндре дизеля накапливается и сгорает большая часть топлива. Это вызывает резкое увеличение давления на каждый градус поворота коленчатого вала, в результате чего наблюдается так называемая «жесткая» работа двигателя.

Внешние признаки жесткой работы двигателя идентичны детонационному сгоранию бензина в бензиновых двигателях. Если на 1º поворота коленчатого вала давление в камере сгорания увеличивается на 0.25…0,5 МПа, то двигатель работает нормально, на 0,5….

0,9 МПа – жестко, а выше 0,9 МПа – очень жестко.

Жесткая работа двигателя показана на рис. 4.3 (кривая б). Период задержки самовоспламенения соответствует . В точке 2' происходит самовоспламенение, после чего давление растет с большой скоростью. При жесткой работе дизеля увеличивается нагрузка на детали его кривошипно-шатунного механизма, что вызывает интенсивное их изнашивание.

Химический состав топлива существенно влияет на период задержки самовоспламенения. Самую низкую температуру самовоспламенения имеют парафиновые углеводороды. Чем выше их молекулярная масса, тем ниже температура самовоспламенения.

Цетановое число. Оценкой самовоспламеняемости дизельных топлив служит цетановое число, определяемое по ГОСТ 3122–67* на установках ИТ9-3 и ИТ9-ЗМ. Установки имеют одноцилиндровый четырехтактный дизель с переменной степенью сжатия от 7 до 23. При проведении испытаний угол опережения впрыскивания топлива должен быть 13º до в.м.т., давление впрыскивания 10,4 МПа.

В качестве эталонных топлив выбраны парафиновый углеводород цетан и ароматический углеводород альфаметилнафталин.

Цетан имеет очень малый период задержки самовоспламенения, и его цетановое число условно принято за 100.

Альфаметилнафталин имеет большой период задержки самовоспламенения, и его цетановое число условно принято за 0. Смеси цетана и альфаметилнафталина в различных соотношениях имеют разную самовоспламеняемость.

Цетановое число дизельного топлива определяют следующим образом. Запускают двигатель на испытуемом топливе и, изменяя степень сжатия, добиваются, чтобы самовоспламенение топлива началось точно в в.м.т.

Затем подбирают такую смесь цетана и альфаметилнафталина, которая при той же степени сжатия также воспламеняется в в.м.т., т.е. обладает таким же периодом задержки самовоспламенения, как и испытуемое топливо.

Цетановое число – это процентное (объемное) содержаниецетана в смеси с альфаметилнафталином, которая по самовоспламеняемости аналогична испытуемому топливу.

Например, если испытуемое дизельное топливо имеет цетановое число 47, то по самовоспламеняемости оно эквивалентно искусственной смеси эталонных топлив, содержащей 47% цетана и 53% алфаметилнафталина. Цетановое число дизельного топлива зависит от его химического состава, склонности к окислению.

Наиболее быстро окисляются и распадаются парафиновые углеводороды нормального строения. Они имеют самые высокие центовые числа. Ароматические углеводороды самовоспламеняются при более высоких температурах и за больший промежуток времени, имеют самые низкие цетановые числа.

Для увеличения цетанового числа дизельных топлив могут быть использованы различные присадки, например изопропилнитрат или циклогексилнитрат.

Однако производство этих присадок в последнее время прекращено. Специалистами фирмы «Юникол» разработана новая эффективная присадка «Миакрон-2000», основу которой составляет этилгексилнитрат.

Массовая доля присадки в дизельном топливе должна быть 0,1…0.3%.

Присадки ускоряют начальные предпламенные реакции и способствуют образованию новых активных центров реакции. Чем ниже цетановое число, тем выше жесткость работы дизеля.

От значения цетанового числа зависят и другие показатели работы двигателя: его пуск, среднее эффективное давление сгорания, удельный расход топлива, температура выпускных газов, отложения в двигателе, дымность и запах отработавших газов.

С увеличением цетанового числа топлива облегчается пуск двигателя и увеличивается среднее давление сгорания, остальные показатели снижаются, работа двигателя в целом улучшается.

Для современных автотракторных дизельных двигателей используют топлива с цетановыми числами не менее 45. При цетановом числе дизельного топлива 40 и ниже дизели работают жестко. Однако увеличение цетановых чисел топлива свыше 51 не вызывает существенного улучшения работы дизеля, а удельный расход топлива и дымность возрастают вследствие уменьшения полноты сгорания.

Цетановое число (ЦЧ) дизельного топлива рассчитывают по разным формулам, основные из которых следующие:

при известных плотности и кинематической вязкости

при известном углеводородном составе

где П, Н. А – содержание соответственно парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов.

Температура вспышки. Этот параметр используют для оценки качества топлива и для классификации производства, помещений и установок по степени пожарной опасности.

Температура вспышки – это минимальная температура, при которой пары топлива, нагреваемые в специальном аппарате, образуют горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки характеризует опасность дизельного топлива при его транспортировке, хранении и заправке.

Какой двигатель лучше, дизельный или бензиновый

Дизельные и бензиновые двигатели значительно отличаются друг между другом. Практически для каждого автомобиля производитель выпускает агрегат с двумя типами топлива, повышая универсальность транспортного средства. Попробуем разобраться, какой именно — бензиновый или дизельный двигатель — лучше.

Выбор между двумя типами силовых агрегатов базируется на ряде факторов, среди которых наиболее важные – экономия, комфорт, запас мощности, условия эксплуатации.

Бензиновый или дизельный двигатель: в чем разница

Принцип работы дизельного ДВС

Здесь смесеобразование происходит быстрее, чем у бензинового двигателя. Воспламеняется топливо благодаря высокой степени сжатия (от 15:1 и выше). Чем выше давление – тем горячее воздух в цилиндре, температура которого на пике около 1000 градусов.

Впрыскиваемый дизель легко детонирует, образуя рабочий ход цилиндра. Отсюда итог: максимальная мощность и крутящий момент достигается намного раньше, чем у бензинового агрегата.

Дизельный двигатель имеет намного больший момент, но меньшую мощность, относительно бензинового агрегата такого же объема, при условии отсутствии турбины у первого.

Как работает бензиновый мотор

Формирование топливно-воздушной смеси происходит либо во впускном коллекторе, либо в камере сгорания (непосредственный впрыск).

В такте сжатия топливо и воздух, а также частицы угарных газов, окончательно смешиваются, после чего сжатая смесь поджигается, происходит воспламенение, резкое повышение температуры (около 2500 градусов) и давления, что позволяет толкать поршень вниз.

Отношение мощности к экономичности

Несмотря на то, что что стоимость дизельного топлива и бензина практически одинакова, дизельные агрегаты, при равном объеме, экономичнее бензиновых. ДТ намного эффективнее сгорает, поэтому разница между расходом одинаковых по объему двигателей, варьируется от 20 и до 50%. Соответственно, здесь в выборе — бензиновый или дизельный двигатель — лидирует второй.

Бензиновые агрегаты имеют большую мощность при одинаковом объеме, например: 2-х литровый двигатель Mercedes-Benz E-class W124 в бензиновом варианте имеет мощность 135 «лошадей», а дизельный – 75.

Компенсируется недостаток мощности крутящим моментом, который достигается при 1800-3500 об/мин. Это объясняет факт, что вся грузовая, и частично коммерческая техника, имеет под капотом дизельный мотор.

Экологичность

Дизельное топливо более тяжелое, относительно бензина, однако имеет повышенный спрос в Европе и США, так как выбрасывает в атмосферу намного меньше СО2, но только при условии исправного двигателя, иначе ситуация кардинально меняется.

Сравнение дизельного и бензинового двигателя

Дизельный

Плюсы:

• Высокий КПД и крутящий момент, достигаемый намного ранее бензинового агрегата,
• Экономичность,
• Большой рабочий ресурс,
• Экологичность,
• Отсутствие системы зажигания, а значит, меньше электроники.

Минусы:

• Тяжелее бензинового,
• Чувствительность топливного оборудования к качеству солярки,
• Более дорогое и частое техобслуживание,
• Дорогостоящий ремонт ТНВД и форсунок,
• Повышенный шум работы,
• Низкая устойчивость к морозам,
• Не переносит долговременной езды на высоких оборотах.

Бензиновый двигатель

Преимущества:

• Устойчивость к морозам,
• Более простое и дешевое обслуживание,
• Хорошая мощность,
• Малошумность,
• Возможность установки газового оборудования с целью экономии,
• Невысокие требования к качеству топлива,
• Возможность безопасной езды на высоких оборотах,
• Большие возможности для увеличения мощности.

Недостатки:

• Увеличенный расход топлива,
• Меньший срок рабочего ресурса,
• Крутящий момент достигается ближе к максимальным оборотам, а также имеет ограниченный диапазон момента.

Бензиновый или дизельный двигатель: на чем остановить выбор

Исходя из вышеуказанных достоинств и недостатков, автомобили с дизельным агрегатом более популярны среди автомобилей до 00-х годов выпуска. Эти моторы просты, электроника практически отсутствует, а ресурс может достигать 1 000 000 км. К новым дизелям в СНГ отношение скептическое в силу дороговизны ремонта и обслуживания.

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

1. Особенности смесеобразования в дизелях

Особенностью двигателей с само­воспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), яв­ляется -приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилин­дров.

В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и посред­ством форсунки впрыскивается в ци­линдры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия.

Смесеобра­зование начинается с момента пос­тупления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыливается на мельчайшие частицы, которые обра­зуют топливный факел конусообраз­ной формы.

Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распреде­лено оно в воздухе, тем полнее сго­рают его частицы.

Испарение и воспламенение топли­ва осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия тем­пература воздуха составляет 550-700°С, а давление —3,5—5,5 МПа).

Следует отметить, что после начала горения смеси температура и давле­ние в камере сгорания резко возрас­тают, что ускоряет процессы испаре­ния и воспламенения остальных час­тиц распыленного факела топлива.

Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыски­вать топливо в его цилиндры до при­хода поршня в в.м.т. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в.м.т. в момент начала впрыскивания топлива, назы­вают углом опережения впрыскивания топлива.

Для того чтобы форсунка впрыс­кивала топливо с требуемым опере­жением, топливный насос должен на­чинать подавать топливо еще рань­ше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнета­ние топлива от насоса к форсунке.

Угол, на который кривошип колен­чатого вала не доходит до в. м. т. в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют у г-лом опережения подачи топлива.

В цилиндры дизеля фактически поступает одно и то же количество воздуха независимо от его нагрузки. При малой нагрузке в цилиндрах практически всегда имеется доста­точное количество воздуха для полного сгорания топлива. В этом слу­чае коэффициент избытка воздуха имеет большую величину.

С увели­чением нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значе­ние коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухуд­шается процесс сгорания топлива.

Поэтому минимальное значение коэффициента избытка воз­духа для различных типов дизе­лей, соответствующее их бездымной работе, устанавливают в пределах а= 1,3-М,7, что обусловливает так­же высокую экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.

Существенное влияние на улучше­ние смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приго­товления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси разли­чают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования.

Каж­дому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реали­зации которых требуются камеры сгорания с соответствующими кон­структивными решениями.

Сущест­вующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две боль­шие группы: неразделенные (одно-полостные) и разделенные (двух-полостные).

Неразделенные камеры сгорания (рис.1,а) представляют собой объем 3, заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ., и плоскостью головки 2.

Такие каме­ры называют также однополостными с объемным смесеобра­зованием, так как процесс сме­сеобразования основан на впрыс­кивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находяще­гося в объеме камеры сгорания ди­зеля.

При этом для лучшего пере­мешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему за­ряду сообщают при впуске враща­тельное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных ка­налов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсун­кой 1. Такой принцип смесеобразова­ния используется в дизелях ЯМЗ и КамАЗ.

В современных дизелях использу­ется также пленочное смесе­образование, которое характе­ризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной каме­ры сгорания, на которых оно обра­зует пленку, а затем испаряется, от­нимая часть тепла от стенок.

Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредст­венно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается с воз­духом при интенсивном вихревом движении его в камере.

Разновидностью указанных спо­собов смесеобразования является объемно-пленочное смесе­образование, которое обладает свойствами как объемного, так и пленочного смесеобразования.

Су­щественным преимуществом этого процесса является возможность соз­дания многотопливных дизелей, поз­воляющих использовать наряду с ди­зельным топливом высокооктановые бензины и спиртовые (метоноловые) смеси.

В отечественном автомобиле­строении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происхо­дит в объемной камере сгорания 5 (рис. 8.1, б), расположенной в пор­шне б в виде наклонной цилиндри­ческой выемки со сферическим дном.

Вращение воздушного заряда в каме­ре обеспечивается при помощи вих-реобразующего канала, создающего кольцевой вихрь, направления вра­щения которого показано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыс­кивается из двухдырочного распы­лителя форсунки 9, расположенного в головке цилиндра 4.

Пристеночная струя 8 направлена вдоль обра­зующей камеры сгорания, объемная струя 7 пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным присте­ночно-пленочным смесеобразовани­ем. Этот процесс по сравнению с дру­гими способами смесеобразования дает хорошую экономичность и обес­печивает более мягкую работу дизе­ля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля, снижая его дымность и токсичность от­работавших газов.

Разделенные камеры сгорания сос­тоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенного чаще всего в головке блока. Применяются в основном две группы разделенных, или двухполостных, камер: предка­меры и вихревые камеры. Дизели с такими камерами называют соот­ветственно предкамерными и вихре­выми.

В в их рекамерных дизе­лях (рис. 1, в) объем дополни­тельной камеры 10 составляет 0,5— 0,7 общего объема камеры сгорания. Основная 12 и дополнительная 10 камеры соединяются каналом 11, который располагается тангенциаль­но к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспе­чивается вихревое движение воздуха.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием предкамера имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым кана­лом с основной камерой, расположен­ной в днище поршня. В результате частичного воспламенения топлива в момент его впрыскивания в предкамере создается высокая тем­пература и давление, способствую­щие более эффективному смесеоб­разованию и сгоранию топлива в основной камере.

Современные быстроходные вихреи предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные по­казатели при сравнительно высокой степени сжатия. К их основным не­достаткам следует отнести увеличен­ный расход топлива по сравнению с дизелями с неразделенными камера­ми и затрудненный пуск двигателя, что вызывает применение специаль­ных пусковых устройств.

4

В чем разница между бензиновым двигателем и дизелем?

В бензиновом двигателе, топливо впрыскивается задолго до сжатия, и смесь готовится долго, пока поршень идет вниз на впуск, а потом вверх на сжатие, за это время смесь бензина с воздухом успевает хорошо перемешаться и стать равномерной. Для зажигания такой смеси обязательно нужна электрическая искра от свечи зажигания.

В дизельном двигателе топливо впрыскивается в конце сжатия в очень горячий воздух, капельки распыленного топлива начинают перемешиваться с воздухом, и воспламеняются. Смесеобразование и сгорание происходят во время рабочего хода.

У бензинового двигателя более совершенный процесс сгорания.

В бензиновом двигателе топливо подается при впуске и начинается перемешивание бензина и воздуха, дальше поршень идет вверх на сжатие и в это время продолжается смесеобразование.

Перед началом рабочего хода полностью готовая смесь воспламеняется от искры, и очень быстро сгорает. Давление вырастает и толкает поршень. Пик давления  (30 атм.) наступает в самом начале хода поршня вниз.

Такой процесс сгорания дает  более высокий КПД.

У дизеля, процесс сгорания протекает  хуже,

Процесс затягивается, так как нужно время для впрыскивания порции топлива

В дизельном двигателе всасывается и сжимается чистый воздух, а не смесь топлива с воздухом. Именно поэтому исключена детонация и возможно повышение степени сжатия.

Чистый воздух сжимается и становится очень горячим. В этот момент начинается подача топлива.

В сильно сжатый и очень горячий воздух, впрыскивается топливо под очень высоким давлением, оно  распылятся, перемешивается с воздухом и воспламеняется от температуры воздуха.

Давление сгорающих газов сильно вырастает (около 100 атм.) , и толкает поршень вниз (все детали КШМ приходится делать прочными и тяжелыми).

К сожалению, для того, чтобы подать все необходимое топливо, приходится продолжать впрыск топлива. Топливо подается, и сгорание продолжается, а поршень уже заметно уходит  вниз.

Получается, что давление хочет вырасти, но увеличивается объем и давление только поддерживается, но не растет.

Это давление толкает поршень и создает крутящий момент менее эффективно, чем нарастающее давление.

• По мере хода поршня увеличивается объем и открывается большая площадь стенок цилиндра, тепло начинает сильно уходить в стенки и не может поддерживать давление.
• Растянутый процесс сгорания снижает КПД дизеля.
• Такая существенная разница в протекании сгорания в пользу бензинового двигателя, оставляет смысл совершенствовать бензиновый двигатель, и приближать его экономичность к экономичности дизеля.

Мощность – это произведение момента на обороты

Большой момент, умноженный на малые обороты или малый момент, умноженный на высокие обороты,  дают одинаковую мощность.

И от дизеля и от бензинового двигателя можно получить одинаковую мощность.  От дизеля благодаря большому моменту, а от бензинового двигателя благодаря высоким оборотам.

Дизель за счет очень высокого давления на поршень способен создать большой крутящий момент, но раскрутиться до больших оборотов не может — не хватает времени на затянутый процесс сгорания. Тяжесть  деталей КШМ (кривошипно – шатунного механизма) приводит к сильной инерционности.

Для больших двигателей, которые ставятся на тягачи и тракторы важно получить именно большой крутящий момент, а высокие обороты не нужны. Для таких машин дизель имеет однозначное преимущество.

В бензиновом двигателе создать большой момент не получится, не хватает давления от сгорания газов. Но можно получить большую мощность, так как двигатель способен раскрутиться до очень высоких оборотов. 

В чем разница между бензиновым двигателем с непосредственным впрыском и дизелем?

Двигатель с непосредственным впрыском – это дизель?

Топливная форсунка в дизеле направлена прямо в цилиндр, и в бензиновом двигателе с непосредственным впрыском направлена тоже прямо в цилиндр. Может казаться, что двигатели имеют один принцип и не отличаются.

Нет,  отличаются. В бензиновом двигателе, с непосредственным впрыском, топливо впрыскивается в ходе впуска и сжатия, то есть, смесь готовится заранее и к моменту сгорания она полностью готова, но поджечь его можно только искрой от свечи. Чтобы не допустить детонации степень сжатия должна быть не выше 11.

В дизеле впрыск топлива происходит в конце такта сжатия в раскаленный воздух, степень сжатия очень высокая и происходит самовоспламенение.

Отличие дизельного двигателя от бензинового — экономичность и мощность

Если не рассматривать водородные, электрические, и прочие пока еще экзотические моторы, все массовые силовые установки для автомобилей делятся на две категории:

• бензиновые, т.е. работающие на так называемом «легком» топливе;
• дизельные – соответственно, потребляющие «тяжелое» горючее.

Казалось бы, в обоих типах моторов, кинетическая энергия управляемого взрыва топливной смеси преобразуется в крутящий момент, приводящий в движение автомобиль.

На самом деле, создание движущей силы из калорий топлива, это единственное, что их объединяет. Так в чем же отличие дизельного двигателя от бензинового? Наш материал поможет разобраться.

Отличия в работе двигателей

С точки зрения механики, моторы одинаковы. Цилиндр, поршень, шатун и коленвал. Главное отличие в топливе, точнее – в способе его воспламенения. Именно от этого отталкиваются при разработке остальных технологий.

Свойства топлива определяют следующие характеристики:

  Ремонт ГБО

1. Мощность двигателя. При одинаковом объеме цилиндров, у дизеля меньше лошадиных сил. Однако это не сильно влияет на общие впечатления от езды.
2. Крутящий момент. Несмотря на высокую мощность, бензиновый мотор не может обеспечить такую тягу как ДВС, работающий на тяжелом топливе.

   Это компенсирует недостаток мощности дизеля.

3. Экономичность. В отличие от бензинового двигателя, дизельный мотор потребляет до 30% меньше топлива. В ряде случаев это становится решающим фактором при покупке.
4. Экология. Современные нормы Евро 5 и 6 практически уравнивают различные моторы в степени воздействия на окружающую среду.

   Тем не менее, при сгорании солярки выделяется намного меньше токсичных и синтетических веществ. Иными словами, дизельный мотор имеет более «природный» выхлоп. Если такое определение подходит к ситуации.

Если свести работу разных типов двигателя к потребительским качествам, получается, что дизель экономичнее и тяговитей бензинового.

Оппонент может похвастать разгонной динамикой и высокой скоростью.

Мощность мотора

Бензиновые двигатели мощнее, чем дизельные. Стоит посмотреть объявления о продаже подержанных авто или зайти на официальные сайты автоконцернов, чтобы убедиться в этом. Например, Mercedes-Benz в одной из моделей предлагает потребителям два типа двигателя:

• бензиновый с 136 лошадиными силами;
• дизельный с 75 лошадиными силами.

При этом мощность — не главный определяющий параметр качества при сравнении. Она косвенно влияет на характеристики самого автомобиля, но в большинстве случаев служит абстрактной цифрой. Например, оба двигателя в моделях Mercedes-Benz способны легко развивать скорость до 120 км/ч, не оказывая негативного воздействия на ходовую часть.

Бензиновый двигатель мощнее. Но преимущество нивелируется серьезным недостатком — неровной тягой. Дизель, несмотря на невысокую мощность, радует автовладельцев идеально ровной тягой на любых оборотах — малых и больших. Поэтому, если важен ровный ход, не раздумывайте, что лучше — бензин или дизель. Выбирайте второй вариант.

Рабочий цикл дизельного двигателя

Схема работы дизельного двигателя

Для примера возьмем четырехтактный мотор (двухтактные системы в современном автомобилестроении не применяются). Турбину не рассматриваем, в качестве системы впрыска солярки возьмем топливный насос высокого давления.

1. Впуск – поршень движется вниз. открывается впускной клапан (из может быть два), в камеру сгорания поступает свежий холодный воздух, насыщенный кислородом. После достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), закрываются все клапана.
2. Сжатие – поршень движется вверх, сжимая воздух в герметичной камере сгорания. При сжатии. воздух сильно нагревается, в некоторых случаях до температуры 600°С — 700°С. Когда поршень займет верхнюю мертвую точку (ВМТ), с помощью форсунки происходит дозированное впрыскивание дизельного топлива. Принципиальный вопрос – создание высокого давления.
3. Рабочий ход — Солярка вспыхивает от температуры воздуха, и начинается интенсивное горение, практически взрыв. Поршень интенсивно двигается к НМТ. Этим циклом характеризуются показатели работы моторов: коленвал вращается с высоким крутящим моментом, что характерно именно для дизеля.
4. Выпуск — разница дизельного и бензинового двигателя на этом цикле работы невелика. Открываются выпускные клапана и происходит очищение камеры сгорания от отработанных газов.

В чем принципиальная разница? Отличаются способы образования топливно-воздушной смеси. У дизеля топливо впрыскивается в цилиндр, уже заполненный воздухом. Бензиновая смесь формируется во впускном коллекторе, после чего подается в камеру сгорания.

Демонстрация работы дизельного двигателя — видео

Система на тяжелом топливе работает просто, точек возникновения неисправности гораздо меньше. Однако стоимость дизельного насоса высокого давления нивелирует преимущества. рис 2

Конструктивные особенности

Информация о том, как работают эти двигатели, поможет вам понять, чем бензиновый двигатель отличается от дизельного.

1. Дизельный двигатель. В этом типе ДВС формирование смеси топлива и воздуха происходит очень быстро. Сжатие воздуха в цилиндре мотора приводит к его нагреву до температуры 900°С. Подача топлива осуществляется в последний момент, отдельно от воздуха. Высокая температура обеспечивает самовоспламенение смеси, поэтому дополнительная искра от свечей зажигания (как в бензиновом ДВС) не нужна. Конструкция дизельного мотора предусматривает наличие топливного насоса высокого давления и свечей накала для разогрева топлива перед впрыском.
2. Бензиновый двигатель. Через впускной коллектор этого двигателя происходит подача готовой топливовоздушной смеси в камеру сгорания (впрыск топлива регулируют форсунки, а подачу воздуха – дроссельная заслонка). Смесь равномерно распределяется по всему цилиндру. Сжатие нагревает её до температуры около 500°С и только после этого свеча зажигания дает искру, чтобы смесь воспламенилась.

Принцип работы бензинового мотора

Аналогичный пример – четырехтактный атмосферный двигатель с обычной системой впрыска топлива.

Схема работы бензинового двигателя

1. Впуск – подготовленная топливно-воздушная смесь через открытый клапан поступает в камеру сгорания. Поршень движется к ЕМТ, создавая разрежение. После заполнения, впускной клапан закрывается, камера становится герметичной.
2. Сжатие – поршень движется вверх, сжимая подготовленную смесь. При достижении им верхней мертвой точки (ВМТ), срабатывает свеча зажигания, и топливная смесь воспламеняется.
3. Под давлением сгорающих газов, поршень устремляется к НМТ, передавая крутящий момент на коленвал. Клапана остаются закрытыми.
4. Выпуск – поршень устремляется вверх, одновременно открывается выпускной клапан. Отработанные газы вырываются наружу, освобождая место для топливной смеси.

Общий принцип эксплуатации такой же – зажечь топливную смесь в ограниченном герметичном объеме. Однако, благодаря отличиям солярки от бензина, с точки зрения термодинамики мы получаем совершенно иную картину.

Температура сгорания у бензина выше, энергии отдается больше. Но она распределяется более равномерно. Поэтому теряется крутящий момент, но прибавляются лошадиные силы.

Устройство и принцип работы бензиновой системы питания

Вне зависимости от типа используемого двигателя, топливная система автомобиля представляет собой сложно организованный механизм.

Исходя из первого пункта статьи, наверное, каждый понял, что принципы построения системы питания на дизеле и бензиновом агрегате различаются, поэтому для их понимания следует рассмотреть каждый вариант в отдельности. Начнём, пожалуй, с топливной системы двигателя на бензине.

  Почему машина кипит: причины перегрева охлаждающей жидкости

Это интересно: Причины, которые вызывают дисбаланс

Как стало ясно, топливно-воздушная смесь для бензинового мотора формируется не в цилиндрах. Если быть точнее, то она может изготавливаться либо в топливораспределительном механизме (при использовании карбюратора), либо во впускном тракте (при использовании инжектора). В общем виде конструкция бензиновой системы питания выглядит так:

• Топливораспределительный узел – карбюратор или инжектор. Карбюраторная система работает по принципу смесеобразования в самом устройстве. То есть, внутренние жиклёры карбюратора выталкивают топливо в специальный канал, направленный во впускной тракт, по которому идёт воздух с большой скоростью (до 150 м/с) и смешивается с горючем. В итоге формируется топливно-воздушная смесь. Инжекторная же система питания через форсунки впрыскивает топливо напрямую во впускной тракт, где он смешивается с воздухом и попадает в цилиндры. Получается, что карбюратор, по сути, просто соединяет поток воздуха с жидким топливом, и они формируют единую смесь самостоятельно, отправляясь в цилиндры, а инжектор смешивает составляющие смеси путем разбрызгивания уже частичек топлива непосредственно во впускной тракт. Благодаря такой тонкой работе, инжекторные системы более экономичны, а работают под чутким управлением электроники. Из-за этого преимущества инжекторы уже давно вытеснили карбюраторы из автомобилестроительной сферы, поэтому последние можно встретить только на старых моделях авто;
• Топливные фильтры – элементы грубой и тонкой очистки. Данные узлы требуются для фильтрации топлива от сторонних фракций, что помогает продлить срок службы всех элементов системы и двигателя в частности;
• Топливные магистрали – шланги. Используются для циркуляции горючего от бака до топливораспределительного механизма;
• Ёмкость для хранения топлива – бензобак. Требуется, естественно, для сохранения необходимого количества бензина, подающегося в мотор через отмеченные ранее узлы;
• Нагнетатель давления – бензонасос. Создаёт нужное давление в топливной системе для того, чтобы топливо своевременно и в полной мере доходило из бака до нужных узлов.

• Топливо-распределительный узел
• Топливные фильтры
• Топливный шланг
• Бензобак
• Бензонасос
• Детальное описание каждого элемента системы рассматривать не будем, так как им посвящены многочисленные статьи на страницах нашего ресурса. Для общей информации обратим внимание на принцип работы топливной системы бензинового мотора:

1. При запуске двигателя первым в работу вступает бензонасос, который за считанные секунды создаёт в системе нужное давление и нагнетает бензин к топливной рампе инжектора, к которой крепятся форсунки, или же в полости карбюратора;
2. После этого начинают функционировать сами топливораспределительные узлы, отправляющие либо уже приготовленную топливную смесь в цилиндры (карбюратор), либо распрыскивающие горючее во впускной тракт (инжектор);
3. Попав в мотор, бензино-воздушная смесь воспламеняется, и описанный порядок повторяется вновь.

Естественно, в процессе работы топливная система чётко дозирует топливо по заданным настройкам. Так, инжектор регулирует подачу топлива при помощи электронного блока управления, а карбюратор — через настроенные и подобранные ранее жиклёры.

Как видите, особых сложностей устройство топливной системы бензинового двигателя не имеет. Особенно это хорошо прослеживается после рассмотрения системы питания дизеля, о которой и пойдёт речь далее.

Эксплуатационные отличия

Обслуживание дизельного и бензинового двигателей отличается как по стоимости, так и по времени проведения ТО. Бензиновые моторы ремонтировать дешевле, хотя ломаются они не реже, чем дизельные.

Для моторов, работающих на солярке, требуются более качественные комплектующие и расходные материалы. Система питания более капризна, и чувствительна к качеству топлива. Чаще производится и замена масла, это также удорожает регламентные работы.

Однако экономия топлива в процессе эксплуатации нивелирует затраты. Основной недостаток дизеля – шумность и резковатый звук. Это не всем нравится.

Бензиновые моторы более понятны и просты в обслуживании, хотя современные экологические системы делают ремонт и обслуживание все более дорогим. Ресурс ДВС на легком топливе ниже.

  Стоит ли глушить ЕГР на дизеле?

Это связано не с нагрузками (они на бензиновом моторе не такие высокие), а с запасом прочности деталей. Для дизельного мотора аппаратная часть более прочная, поскольку вибрации и нагрузки выше. В результате владелец получает так называемую избыточную прочность, и мотор «ходит» без поломок дольше.

Сравнение процесса работы дизельного двигателя и бензинового — демонстрационное видео

Основные отличия дизельного и бензинового двигателей

Принцип работы. Чтобы понять, чем дизельный двигатель отличается от бензинового, в первую очередь, необходимо разобраться в принципах их работы.

• Бензиновый двигатель. Во впускном коллекторе формируется смесь воздуха и топлива, после чего он подается в камеру сгорания. В самом конце такта сжатия происходит окончательное смешивание топливовоздушной смеси и последующее ее равномерное распределение по всему объему цилиндра. В результате сжатия смесь нагревается примерно до 500 °С, после чего происходит ее воспламенение с помощью свечи.
• Дизельный двигатель. Образование топливовоздушной смеси в дизельной установке происходит значительно быстрее. В цилиндре дизельного ДВС сжимается только воздух, который нагревается при этом до 900°С. Топливо подается в камеру отдельно. Мелкие капли солярки быстро испаряются и смешиваются с воздухом. Благодаря более высокой температуре, такая смесь самовоспламеняется и не нуждается в дополнительной искре.

Мощность и экономичность. Исторически сложилось мнение, что использование дизельного топлива намного экономичнее, чем бензина. Сейчас это верно лишь отчасти, так как стоимость дизельного топлива практически стала равна стоимости бензина.

Тем не менее, благодаря более эффективному сгоранию рабочей смеси, расход топлива в дизельном двигателе примерно на 15-20% ниже. Такое показание достигается за счет того, что степень сжатия топливовоздушной смеси в дизельной установке почти в 2 раза выше.

Бензиновые двигатели, в свою очередь, обладают большей производительностью. Например, Mercedes-Benz W124 E 200 D в дизельной версии имеет всего 75 л.с., в то время как его бензиновый оппонент может похвастаться почти в два раза превосходящей мощностью, которая составляет 136 л.с.

Однако следует заметить, что сравнительно небольшая мощность дизельных устройств с лихвой компенсируется ровной тягой на любых оборотах, что не под силу бензиновым двигателям.

Экологичность. Из-за высокой экологичности, автомобили с установленными в них дизельными двигателями пользуются повышенным спросом в США, а также и в странах Европы. Выхлопные газы дизельных установок выделяют в воздух гораздо меньше оксида углерода и других агрессивных соединений, вызывающих кислотные дожди и прочие экологические проблемы.

( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )