Совершенствование дизельных двигателей

Содержание

 

Введение

1.1. Принцип работы  дизельных двигателей

1.2. Особенности  дизельных двигателей

1.3. Совершенствование  дизельных двигателей

1.4. Достоинства  и недостатки дизельных двигателей

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Контрольная работа посвящена теме «Совершенствование  дизельных двигателей».

Дизельный двигатель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.

Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы, дизель-поезда, автодрезины) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.

Благодаря высокой  эффективности дизельный двигатель  широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.е. способностью развивать номинальный крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Дизельные двигатели  работают на тяжелом жидком топливе  — дизельном, получаемом из нефти. Дизельные двигатели являются наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25 ...30% меньше, чем у бензиновых двигателей.

Целью контрольной  работы является рассмотрение совершенствования дизельных двигателей.

Для реализации данной цели были решены и поставлены следующие задачи:

- изучить принцип  работы дизельных двигателей;

- рассмотреть  особенности дизельных двигателей;

- выявить достоинства  и недостатки дизельных двигателей.

В данной контрольной работе была использована литература следующих авторов: Денисова В.Н., Рогалева В.А., Кириллова Н.Г., Коробкина В.И., М. В. Графкиной, В. А. Михайлова, Павловой Е.И., Руденко Б., Шишкова Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Принцип работы  дизельных двигателей

 

Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении  дизельного топлива, впрыскиваемого в  камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры  воздухом. В отличие от бензинового  двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

При первом такте (такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в  цилиндр через открытый впускной клапан.

 При втором  такте (такт сжатия, поршень идет  вверх) впускной и выпускной  клапаны закрыты, и воздух сжимается  в объеме примерно в 17 раз  (от 14:1 до 24:1), т.е. объем становится  меньше в 17 раз по сравнению  с общим объемом цилиндра, и  воздух становится очень горячим.

 Непосредственно  перед началом третьего такта  (такт рабочего хода, поршень идет  вниз) топливо впрыскивается в  камеру сгорания через распылитель  форсунки. При впрыске топливо  распыляется на мелкие частицы,  которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняемой смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода. Впрыск продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого топлива на поршень.

 Выпускной  клапан открывается, когда начинается  четвертый такт (такт выпуска,  поршень идет вверх), и выхлопные  газы проходят через выпускной  клапан.

 В зависимости  от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных  двигателей:

Дизель с неразделённой камерой («дизель с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.

Дизель с  разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве  дизелей такая камера (она называется вихревой) связана с цилиндром  специальным каналом так, чтобы  при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемых топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие худшей экономичности в последние два десятилетия идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Особенности дизельных двигателей

 

Дизельный двигатель  имеет ряд отличительных особенностей:

- имеет большую степень сжатия и как следствие более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива;

- имеет низкие обороты коленчатого вала и как следствие меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием;

- не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах;

- имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и как следствие высокую чувствительность к качеству топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Совершенствование дизельных двигателей

 

Основными направлениями  совершенствования дизельных двигателей являются:

снижение расхода  топлива;

снижение токсичности  отработавших газов;

повышение мощности двигателя;

снижение уровня шума;

облегчение  холодного запуска.

Для реализации этих требований на современных дизельных двигателях применяются следующие системы:

 

Система	Достигаемый эффект
Система впрыска Common Rail	снижение расхода  топлива;  снижение  токсичности отработавших газов;   снижение  уровня шума
Выпускная система	снижение токсичности  отработавших газов
Система рециркуляции отработавших газов	снижение токсичности  отработавших газов
Впускная система	снижение расхода  топлива;  снижение  токсичности отработавших газов;  повышение  мощности двигателя
Турбонаддув	снижение расхода топлива;  снижение  токсичности отработавших газов;  повышение  мощности двигателя
Система предпускового  подогрева	облегчение  холодного запуска

Система впрыска Common Rail предполагает накопление топлива  в аккумуляторе высокого давления и  его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла.

Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в  отработавших газах сажи, несгоревших  углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается  сажевый фильтр. Накапливаемая в  фильтре сажа удаляется путем  регенерации.

Система рециркуляции отработавших газов предназначена  для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть  газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности  работы системы отработавшие газы принудительно  охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя.

Впускная система  дизельного двигателя может оборудоваться  впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте – открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов.

 Наиболее  эффективной системой повышения  мощности дизельного двигателя  является турбонаддув. Для создания  оптимального давления наддува  на всех режимах работы двигателя  в системе используется турбонагнетатель  с изменяемой геометрией турбины.

Для облегчения запуска дизельного двигателя в  холодное время применяется система  предпускового разогрева, представляющая собой электронно-управляемые свечи  накаливания, установленные во впускном коллекторе. Дополнительно на автомобиль может устанавливаться подогреватель дизельного топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Достоинства  и недостатки дизельных двигателей

 

Рассмотрим  основные достоинства и недостатки дизельных двигателей.

1. Первым плюсом дизельных двигателей является их меньшее потребление топлива по сравнению с бензиновыми.

Даже, несмотря на интенсивность развития современных технологий такие, к примеру, как прямой бензиновый впрыск и концепция минимизации, которые призваны помочь усовершенствовать бензиновые агрегаты и сократить их расход топлива.

2. Дизельные  моторы более экономичны с  точки зрения общепринятых эксплуатационных  издержек.

Дизель по-прежнему лидирует во многих классах автомобилей, с точки зрения годовых затрат на эксплуатационные издержки. Да и  к тому же всем известно, что выгода заключается еще и в том, что при подсчете всего потраченного за год горючего, дизель опять-таки будет выглядеть намного выигрышнее.

3. Использование  "дизеля" позволяет воплотить  в жизнь программу по уменьшению  выброса в атмосферу вредного CO2.

За счет более  низкого расхода топлива дизельные  агрегаты выбрасывают в атмосферу  почти на 25% меньше CO2, нежели их бензиновые аналоги.

Достигнуть  целевых показателей ЕС по эмиссии CO2 (120 г/км) автомобильные производители  смогут лишь в том случае, если дизельные агрегаты увеличат или хотя бы сохранят свою сегодняшнюю долю среди выпускаемых в Евросоюзе машин — около 50%.

4. Постоянное совершенствование дизельных двигателей — один из выгодных преимуществ.

Множество полезных решений ежедневно воплощаемых в жизнь вскоре позволит автомобилистам еще больше снизить расход топлива и выбросы CO2. К примеру, концепция минимизации топлива позволяет уменьшать расход без потери мощности. Кроме того, есть такие полезные технологии, как "start&stop", а также технология автоматического отключения сразу нескольких цилиндров в случае их ненадобности. Другими словами, благодаря конкуренции компаний и тяжелой работе инженеров, которые стремятся воплотить в жизнь свои проекты, нацеленные на сокращения потребления топлива и объема выброса вредных газов — выигрывает потребитель, которому всего лишь остается пожинать плоды их работы.

К недостаткам  дизельных двигателей можно отнести:

1. хуже динамика разгона больший шум и вибрация;

2. чувствительная топливная система, особенно к нашему топливу,

3. может не завестись при сильном морозе;

4. не терпит высоких оборотов, и как следствие высоких скоростей;

5. большая масса, меньшая литровая мощность;

6. чаще замена масла и фильтров, масло необходимо более высокого качества;

7. для запуска дизельного двигателя необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Целый ряд решений  позволит сделать дизельные двигатели  еще более совершенными и сократить  расход топлива и, как следствие, выбросы CO2 - по прогнозам ~ на 10% к 2012 г. И уже сегодня, к примеру, концепция минимизации позволяет уменьшать литраж без потери мощности, сокращая расход топлива и эмиссию в двигателях обоих типов. Тех же результатов помогает добиваться и технология “старт-стоп”.

В борьбе за чистоту  выхлопа конструкторы столкнулись  с серьезной проблемой: большинство  изменений рабочего процесса дизеля снижает выбросы лишь одного из двух компонентов. Например, увеличение опережения впрыска уменьшает эмиссию частиц, но увеличивает выбросы NO . Разрубить гордиев узел позволили высокое давление впрыска и электронное управление. Благодаря повышению давления улучшается распыление топлива, что способствует более высокому и полному сгоранию. Это поясняет, почему почти 60 лет (с 1927 по 1985) максимальное давление впрыска составляло 20-50 МПа, а в последние 10 лет выросло до 200 МПа.