Виды дизельных двигателей – Дизельные двигатели: виды, принцип работы, преимущества дизельных двигателей

Содержание

Дизельные двигатели

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.

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на первый двигатель (показан на рисунке), 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.

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

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 дизелей

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.

Дизельный двигатель: особенности, преимущества, функции

Современные автолюбители обладают большими запросами к технической комплектации транспортного средства. Наряду с экономичностью и долгим сроком эксплуатации сегодня их интересует и наличие дизельного двигателя. Не секрет, что в последние годы на смену привычным бензиновым моторам пришли усовершенствованные дизельные приборы. Но что же представляет из себя дизельный двигатель, какие отличительные особенности и виды он имеет? Об этом мы и поговорим детальнее в данном материале.

Дизельный двигатель

– это мотор внутреннего сгорания, который работает в режиме самостоятельного воспламенения при контакте со средой. Первый дизель появился на свет еще в 1897 году. Тогда процесс его функционирования зависел от применения на практике большого количества сжатого воздуха. В отличие от своего предшественника современный агрегат представляет собой компактный прибор, оказывающий влияние на многие показатели работы автомобиля. От качества и вида выбранного вами прибора зависит как мощность машины, так и ее потенциальный ресурс.

 

Виды современных двигателей: HDI, TDI и SDI моторы

 

Дизельные двигатели классифицируются по нескольким признакам. Для начала разберем, что означает аббревиатура в их названиях:

  1. Дизельный двигатель HDI – это собственная разработка крупной автомобильной компанией Peugeot, которая была запатентована еще несколько лет назад. Суть данной технологии сводится к минимизации затрат на техническое обслуживание транспортного средства. Владелец такого мотора может не опасаться возникновения неполадок и проверять состояние своего мотора один раз за 25000-35000 километров пробега. Также при наличии двигателя HDI автолюбитель может не беспокоиться о замене ремней ГРМ. Мотор в состоянии работать даже на холостых оборотах. Сегодня двигатели данной марки пользуются небывалым спросом на рынках многих европейских стран.
  2. Дизельный двигатель TDI – устройство, которое впервые было разработано и внедрено на территории всемирно известного концерна Volkswagen. Двигатель изготовлен с учетом механизма равномерного впрыска и системы турбунаддува. Такие показатели позволяют машине достичь еще большей мощности, имея достаточно высокий коэффициент воздействия. Главной особенностью работы мотора является экологичность и полная чистота выхлопа. Изделия легки в ежедневной эксплуатации: они могут работать в различных климатических условиях.
  3. Дизельный двигатель SDI считается наиболее экономичным вариантом. Современные системы common rail работают по тому же принципу. Они управляются блоком электронного управления, который открывает каждый инжектор электронно, а не механически. Эта технология была детально разработана общими усилиями компаний Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis. После того, как Fiat разработал дизайн и концепцию системы, она была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для разработки массового продукта. Это оказалось большим просчетом Fiat, поскольку новая технология стала очень выгодна, но в то время итальянский концерн не имел финансовых ресурсов для завершения работ. Тем не менее, итальянцы первые применили систему common rail в 1997 году на Alfa Romeo 156 1.9 JTD и только потом она появилась на Mercedes-Benz C 220 CDI

 

Виды дизельных двигателей: особенности конструкции камеры сгорания

 

Также дизельный двигатель можно классифицировать в зависимости от того, какую комплектацию имеет камера внутреннего сгорания. К первому типу можно отнести двигатели, которые имеют совместную камеру. В них приятно заливать топливо через небольшой резервуар, расположенный возле поршня. На сегодняшний день они подверглись процессу усовершенствования за счет открытия двухступенчатого впрыска и внедрения электронного управления работой. Сейчас моторы с одной камерой могут функционировать с мощностью в 4500 и более оборотов в одну минуту.

Второй вид включает такое понятие, как вихрекамерные дизельные двигатели. Они встречаются в комплектации легковых авто, а их особенность заключается в наличии разделенной на несколько частей камеры сгорания. В данном случае процесс подачи топлива разнится. Сначала он поступает во вспомогательную камеру, а потом – в цилиндр.

И, наконец, последний вид двигателей – это предкамерные устройства. Их популярность довольно низка из-за наличия форкамеры – прибора, который соединяет цилиндры с каналами.

 

Виды двигателей: необходимость использования насосов

 

После разработки первого насоса, работающего на топливе, специалисты ввели в обиход еще одну классификацию. Исходя из нее, дизельный двигатель бывает двух типов: тот, который использует насосный механизм (ТНВД), и тот, который использует аккумуляторный механизм. Первый вид агрегатов работает за счет соединения отдельно взятой секции насоса с одной форсункой. Второй предполагает отсутствие соединения, как такового. В этом случае топливо передается благодаря насосу во встроенный аккумуляторный блок, который затем обеспечивает полную наполняемость форсунок.

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

  • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
  • увеличенный расход масла;
  • необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

Виды автомобильных двигателей: описание, характеристики

Мало кто знает, что двигатель внутреннего сгорания был изобретён ещё 5 веков назад, легендарным инженером и конструктором Леонардо да Винчи. Но, после первого чертежа потребовалось ещё 300 лет, чтобы были созданы первые прототипы, которые могли полноценно работать.

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

  • Паровая машина
  • Бензиновый двигатель
  • Карбюраторная система впрыска
  • Инжектор
  • Дизельные двигатели
  • Газовый двигатель
  • Электрические моторы
  • Роторно-поршневые ДВС

Паровая машина

Первым представителем полноценного двигателя внутреннего сгорания следует считать паровую машину, которая устанавливалась на все транспортные средства 19 века, до момента изобретения остальных видов моторов.

На то время паровыми движками оснащались паровозы, автомобили и даже примитивные трёхколёсные самоходные машины (напоминающие мотоциклы). Изобретение такого класса завоевало весь мир, но к концу 19 — начало 20 века стало неэффективное, поскольку транспортные средства на пару не могли развивать достаточно большую скорость.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель — это ДВС средством питания, которого является бензин. Горючее подаётся с топливного бака при помощи насоса (механического или электрического) на систему впрыска. Итак, рассмотрим, какие бывают типы бензиновых моторов:

  • С карбюратором.
  • Инжекторного типа.

Современный мир привык, что большинство автомобилей имеет электронную систему впрыска топлива (инжектор).

Карбюраторная система впрыска

Карбюратор — это тип впрыскового устройства горючего во впускной коллектор с дальнейшим распределением по цилиндрам. Первый примитивный карбюратор был разработан в Германии ещё в конце 19 века и имеет почти 100 летнюю историю развития.

Карбюраторы бывают — одно-, двух-, четырех- и шестикамерные. Кроме этого существует достаточно много прототипов.

Принцип работы карбюратора достаточно простой: бензонасос подаёт топливо в поплавковую камеру, где бензин проходит сквозь жиклёры механическим путём (количество впрыскиваемого топлива регулирует водитель при помощи педали акселератора), и подаётся во впускной коллектор. Недостатком карбюратора стало то, что он чувствительный к регулировкам, а также не соответствует экологическим международным нормам.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Дизель с турбонаддувом

Одним из подвидов дизельного ДВС считается турбодизель. На этом моторе установлена турбина, которая имеет вид улитки. При помощи турбины в мотор подаётся больше количество сжатого воздуха, который даёт больше детонационный эффект, за счёт чего движок можно быстрее разогнать.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Гибриды

Наверное, самые желаемые двигатели на сегодняшний день. Это смесь бензинового двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Существует несколько вариантов работы такого движка.

  1. Мотор может работать на попеременном питании. Сначала движение производится на бензине, пока генератор заряжает батарею, а затем водитель может переключиться на электропитание.
  2. Двигатель и электромотор работают одновременно, что помогает сэкономить расход горючего на одно, и тоже расстояние с другими типами ДВС.

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Водородный мотор

НОУ-ХАУ современного мира считается водородный двигатель. В автомобиль устанавливается установка водородного типа. Отличие от бензиновых моторов заключается в подаче топлива. Если у бензина топливо подаётся вовремя возврата поршня к ВТМ, то у водородного силового агрегата в момент, когда поршень возвращается к НТМ.

В будущем планируется создать водородный двигатель закрытого типа, когда не будет требоваться выброс отработанных газов, а также на 500 км автолюбитель сможет забить о заправке автомобиле.

Стоит понимать, что автомобили с таким мотором будут стоить весьма не дёшево, пока они полностью не вытеснят бензинового брата.

Вывод

Двигатели внутреннего сгорания имеют достаточно большое количество видов и типов, на любой вкус. Так, самыми популярными, по мировой статистике, считают бензиновые, дизельные и гибридные силовые агрегата. Но, все движется к тому, что человек хочет отойти от использования бензина и его аналогов и перейти полностью на электрику.

характеристики, основные виды и показатели

Сегодня все больше автолюбителей предпочитают авто с дизельными моторами. Основная причина – экономичность, надежность, простота эксплуатации. Но есть и недостатки, которые перечеркивают все плюсы – плохое топливо для дизельных двигателей и нехватка знаний о солярке у отечественных автолюбителей. Как следствие, возникает множество проблем в эксплуатации – загрязнение топливной системы, снижение мощности двигателя, замерзание солярки в морозную погоду и так далее. Чтобы избежать неприятностей, стоит знать о дизтопливе как можно больше и главное – уметь его выбирать.

Характеристики дизельного топлива

Содержание статьи

По своей структуре топливо для дизельных двигателей отличается от привычного бензина. В народе такой состав называется «соляркой». По сути, это смесь углеводородов, которые формируются путем перегонки нефтепродуктов и выбора из них необходимых фракций. В основе дизельного топлива углеводороды, которые отличаются высокой температурой кипения – около 300-350 градусов Цельсия.
Столь разные составы бензина и дизеля объясняют и различность подходов в работе двигателей. К примеру, в бензиновом моторе воспламенение топлива происходит от искры (источник последней – свеча зажигания). Для бензина ключевое значение имеет устойчивость к детонации, то есть октановое число. В свою очередь, дизельный двигатель работает за счет создания более мощной степени сжатия.

Основной параметр, характеризующий качество смеси – цетановое число. Именно по нему можно судить, насколько быстро воспламеняется дизтопливо в цилиндре силового узла. Чем больше цетановое число, тем меньше затрат времени на воспламенение горючей смеси и тем эффективнее работа двигателя. Собственно, цетановое число отображает временную задержку между впрыском топливной смеси в камеру сгорания цилиндров и ее воспламенением.

В случае если цетановое число ниже 40, то работа двигателя будет неудовлетворительной. Появляются сильные задержки при воспламенении, падает мощность, возникает детонация, снижается общий ресурс мотора. У топлива нормального качества цетановое число должно находиться на уровне 48-52. Что касается солярки более высокого качества, то ее цетановое число и вовсе может достигать 53-55.
Российские стандарты в отношении соляры считаются одними из самых «мягких». Здесь допускается применение дизельного топлива с цетановым числом от 48 единиц и выше (для зимнего топлива). Но есть исключения. К примеру, для некоторых зимних видов солярки, имеющих депрессорные присадки в составе, разрешается выпуск и продажа соляры с описываемым нами параметром от 40 и более.
Хотелось бы отметить, что слишком высокое цетановое число – также не очень хорошо. К примеру, если показатель будет превышать отметку «60», то топливо просто не будет успевать сгорать, повышается дымность выхлопа, увеличивается «прожорливость» транспортного средства и так далее.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Основные виды топлива для дизельных двигателей

Часто новички забывают о главном недостатке солярки – его способности замерзать уже при небольшом морозе. В такой ситуации авто не заведется, а для решения проблемы приходится применять целый комплекс мер по прогреву основных элементов и повышению температуры солярки в системе. Чтобы этого не допустить, важно правильно выбирать дизельное топливо, знать его виды и особенности.
Из основных классов солярки можно выделить:

1. Летнее дизтопливо

Его особенность – жидкое состояние при температуре от «нуля» градусов Цельсия и более. К основным параметрам можно отнести:

  • цетановое число, как правило, от 45 градусов Цельсия и более;
  • вязкость. При температуре 20-22 С составляет 4-6 кв. мм/с;
  • плотность. При температуре 20-22 С составляет до 850-860 кг/куб метр;
  • температура полного замерзания – от -10 градусов Цельсия и ниже. На практике такое топливо может застывать и раньше (от -3-5 градусов Цельсия).

Главный недостаток летнего топлива – появление конденсата влаги внутри бака, отслаивание влаги и ее скопление в нижней части емкости. Подобная особенность доставляет массу проблем автолюбителям:

  1. летом водная «пробка» может блокировать топливную систему и привести к сбоям в работе;
  2. зимой влага замерзает и обездвиживает авто даже при минимальном морозе.Вот почему еще до наступления холодов летнюю солярку нужно полностью сливать из бака и заменять его на более качественный зимний состав.
2. Зимняя солярка 

Данный вид солярки пользуется наибольшей популярностью в России. При этом нельзя забывать о главной его особенности – замерзании при достижении 30 градусов мороза. Для регионов с суровой зимой такое топливо для дизельных двигателей – не лучший вариант.
К основным характеристикам зимнего дизтоплива можно отнести:

  • цетановое число – от 44-45;
  • плотность – до 830-840 кг/кубический метр;
  • вязкость – от 1,9 до 4,9-5,0 кв.мм/с.

Параметры вязкости и плотности приведены для температуры 20-22 градусов Цельсия.ъ

3. Арктическая 

Это лучший вариант для районов, где температура на улице может опускаться намного ниже тридцати градусов. Такая солярка способна достойно выдержать морозы до -50 градусов Цельсия, что существенно ниже, чем у конкурентов. Из основных характеристик арктического топлива можно выделить:

  • цетановое число – от 40;
  • плотность – до 820-830 кг/куб. метр;
  • вязкость – от 1,5 до 4,0 кв. мм/с.

Параметры вязкости и плотности, как и в предыдущих случаях, приведены для температуры в 20-22 градуса Цельсия.

Видео: Как завести замерзший дизельный мотор?!

Стандарты экологичности топлива для дизелей

  1. Евро-3 – это уже устаревший стандарт дизельного топлива, который был актуален до 2005 года (в ЕС). После появления новых требований Евро-3 перестало удовлетворять нормам, и было снято с производства;
  2. Евро-4 – сравнительно новый стандарт, который пришел на смену вышедшего из оборота стандарта Евро-3. В ЕС Евро-4 начал использоваться с 2005 года. С начала 2013 года весь транспорт, который завозится в Россию, должен соответствовать данному классу. Единственное исключение – авто, выпущенные до конца 2012 года. Для них еще допускается соответствие более старому стандарту;
  3. Евро-3. В ближайшее время планируется вообще запретить эксплуатацию авто со стандартом ниже Евро-4;
  4. стандарт Евро-5 является самым новым. В ЕС его соблюдение обязательно для грузовых авто, выпущенных начиная с 10.2008 года, а для легковых авто – с 09.2009 года. Действует стандарт и на территории РФ. В частности, он распространяется на все автомобили, которые ввозятся на территорию государства;
  5. К особому виду топлива можно отнести биодизель. Его особенность – наличие в составе животных и растительных жиров. Собственно, сама структура дизтоплива является полностью натуральной, а состав является результатом переработки сои, рапса и прочих растений. Особенность топлива в том, что оно может применяться как в чистом виде, так и в качестве специальной добавки к обычным видам топлива.

Распознать биодизель можно по специальному обозначению. Так, в США о наличии биодизеля в составе можно судить по наличию буквы «В» в названии. Далее стоит цифра, которая показывает процентное содержание специального состава в общей массе. Что касается цветанового числа, то для такого вида топлива оно составляет около 50-51.

Эксплуатационные показатели дизельного топлива

К основным показателям топлива для дизельных двигателей можно отнести:

  1. Цетановое число (о нем мы говорили выше). Его величина позволяет судить о будущих экономических показателях силового узла и его мощности. Чем больше данный параметр, тем лучше работает двигатель;
  2. Фракционный состав позволяет определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какова токсичность отработанных газов, каким будет уровень дымности и так далее;
  3. Низкотемпературные свойства. Данный параметр определяет температуру замерзания топлива и особенности его хранения;
  4. Вязкость и плотность. От этих характеристик зависит, насколько качественной будет подача топлива к двигателю, его распыление и фильтрация;
  5. Температура вспышки. Этот параметр определяет, насколько безопасно использовать дизтопливо в дизельных моторах;
  6. Уровень чистоты. Чем чище соляра, тем больший ресурс будут иметь различные фильтры авто и ЦПГ силового узла;
  7. Наличие серы. Подобная примесь может привести к образованию коррозии, повышенному нагару и износу на внутренних элементах двигателя и топливной системы.
Вывод

Если вы отдали предпочтение автомобилю с дизелем, то важно как можно больше знать о топливе для них, особенностях его выбора и эксплуатации. В этом случае можно добиться лучшей экономичности авто, исключить проблемы с лишней водой в баке и замерзанием топлива.

Виды двигателей: устройство и особенности

По сравнению со старыми автомобилями, новые отличаются конструктивными особенностями отдельных узлов. С каждым годом современные и ведущие производители усовершенствуют не только модели машин, но и учитывают другие важные элементы, связанные с деталями. С появлением новейших инновационных технологий, изменилось многое.

Современные машины постепенно переходят на альтернативный источник энергии, в результате чего можно достигнуть большой экономичности. В данной статье предлагаем рассмотреть типы двигателей внутреннего сгорания.

Для того чтобы узнать какие существуют виды двигателей автомобилей, необходимо внимательно прочитать статью и прислушаться к советам профессионалов. В первую очередь следует детально ознакомиться с особенностями ДВС. Двигатель является устройством, которое преобразовывается в механическую работу в процессе сгорания топлива. Каждый автомобильный двигатель совершает работу исключительно по циклу, которые состоит из 4 фаз.

Классификация двигателей

Вначале впускается воздух или смесь с наличием горючего, например, бензина или дизеля, а затем, сжимается рабочая смесь. Вследствие чего происходит действие рабочего хода. Когда, наконец, сгорает рабочая смесь, выпускается отработавший газ. Важно отметить, что самыми распространенными считаются поршневые, бензиновые двигатели.

Бензиновый двигатель пользуется большой популярностью. Этот распространенный тип двигателя обладает специальной конструкцией, которая отличается надежностью и долговечностью.

Всем известно, что бензин и его разновидность — это самый распространенный и доступный источник энергии. Подобный силовой агрегат внедрен сложнейшими инновационными технологиями, которые распределяют фазу и обеспечивают электронное управление вспрыском топлива. Для ремонта данной конструкции не потребуется потратить много средств и усилий. Так как процесс достаточно легок и прост.

Современный агрегат, функционирующий на бензине, обладает определенным преимуществом. То есть происходит действие зажигания топливовоздушных смесей при помощи загорания искровых свечей. Однако, топливочная система питания, делится на несколько основных категорий.

Следовательно, бензин смешивается с воздухом в карбюраторном устройстве. Процесс осуществляется через впускной трубопровод. Подобные двигатели отличаются от других агрегатов особой экономичностью.

Впрысковые двигатели подают горючее при помощи инжектора. Топливо поступает в впускной трубопровод. В данном агрегате увеличивается мощность до максимума и, соответственно, горячее расходуется экономичнее. Естественно, уменьшается токсичность отработавшего горючего (газа). Этот процесс осуществляется за счет поступления топлива. Процесс подачи энергии проходит под воздействием специально установленных электронных систем.

В дизельном устройстве воспламеняется смесь топлива при взаимодействии с воздухом. Этот процесс происходит в том случае, если повышается температура при сжатии топлива. Сравнивая бензиновый двигатель с дизельным можно четко сказать, что соотношение экономичности достигает от пятнадцати до двадцати процентов.

При установке дизельного устройства улучшается горение топливовоздушной смеси. Отсутствие дроссельных заслонок способствует созданию сопротивления движения воздуха, когда происходит процесс впуска и, соответственно, увеличению расхода горючего.

Газовый агрегат считается сжатым природным, генераторным и сжиженным топливом. Распространенный двигатель и другие виды агрегата обеспечивают экологическую безопасность транспортного средства. В некоторых случаях газ хранят в специальном баллоне, который постепенно теряет давление при поступлении через испаритель. Газовая система, может, даже и не использоваться в составе испарителя.

Старые дизельные конструкции менее экономичны и практичны. Мощность сжатия составляет в полутора раза больше, происходит увеличение давления в цилиндре. Ранние модели слишком шумные из-за того, что горит топливо. Происходит также меньший оборот коленвала. Теперь вам известные все типы автомобильных двигателей, которые наиболее востребованы и популярны.

Какие бывают новые и современные типы двигатели кроме дизельных и бензиновых

Теперь, рассмотрим виды двигателей, которые отличаются новыми технологиями. Рядный агрегат рекомендован для употребления небольшого цилиндра. Наиболее практичным и удобным считается 6 цилиндровый двигатель. Применение V-образного двигателя способствует уменьшению длины агрегата.

Однако, при этом увеличивается его ширина. Каждый цилиндр данного устройства расположен в 2 разных плоскостях и обозначается «V». В основном шести и восьми цилиндровые двигатели оснащены данной моделью.

Угол развала оппозитного двигателя составляет 180 градусов. В результате чего высота двигателя считается наименьшей. Угол развала VR двигателя составляет примерно пятнадцать градусов.

Благодаря этим параметрам происходит уменьшение как продольного, так и поперечного размера двигателя. Например, W-двигатель оснащен двумя вариантами компоновки, то есть содержание трех цилиндров и большой угол развала. Компактные цилиндры выпускаются серией W8 и W12.

Следует упомянуть о рогативных и звездообразных агрегатах. Например, звездообразное устройство по-другому называют радиальным. ДВС обладает цилиндрами, расположенные под воздействием радиальных лучей. Коленчатый вал окружен жданными цилиндрами, которые проходят через равные углы. Небольшая длина агрегата способствует удобному размещению большого количества цилиндров. В основном этот агрегат применяется в авиации.

Для рогативного агрегата характерно вращение цилиндров. Цилиндры же, в свою очередь, представлены в нечетных количествах. В них также присутствует воздушный винт и картер. Эти изделия закрепляются на моторных рамах. Рогативные агрегаты широко применялись в военный период.

Основные параметры агрегатов

Новые типы двигателей имеют специальные параметры. Показатель двигателей определяется силой, которая осуществляет действие в цилиндре. Соответственно, при этом действии учитывается система зажигания и питания агрегата, а также степень износа каждой детали.

Рассмотрев двигатель виды и основные характеристики, можно сделать вывод о каждом отдельном устройстве. Принцип действия агрегата определяется по предохранительному клапану, свечами зажигания, выпуску, рубашкой водяного охлаждения, цилиндром с наличием впускных и выпускных окон, воздухопроводом, приводным нагревателем, выпускным КШМ, впускным КШМ.

Современные автомобили оснащены от двух до шестнадцати цилиндров. Различие определяется лишь при подсчете мощности и объема. Однако, существуют и другие параметры. Стоит также отметить тот факт, что для изготовления новых моделей, разработчики воспользовались тремя типами материалов, например, чугуном либо другими ферросплавами, которые обладают наибольшей прочностью.

Вот, к примеру, алюминий обладает малым весом и средней прочностью, магниевые сплавы наименьшим весом и высокой прочностью. Но для приобретения данного средства придется потратить немало денег.

Специалисты, утверждают, что все эти параметры разделяют лишь звуковибрационное и ресурсное качество. Во всех остальных особенностях они практически схожи.

Отдачу максимального уровня измеряют в лошадиных силах или в киловаттах. Для определения максимального тягового усилия приходится измерять в ньютонах-метрах. Теперь вы знаете, какие бывают двигатели и как следует определять определенные модели.

Двигатель с воспламенением однородной горючей смеси от сжатия — Википедия

Двигатель с воспламенением однородной горючей смеси от сжатия (HCCI, от англ. Homogeneous charge compression ignition) — двигатель внутреннего сгорания, в котором хорошо смешанное топливо и окислитель (обычно воздух) сжимаются до точки самовоспламенения. Как и при других видах сгорания, эта экзотермическая реакция выделяет энергию, которая может быть преобразована двигателем в тепло и полезную работу.

Такой двигатель сочетает в себе характеристики обычных бензинового и дизельного двигателей. Бензиновые двигатели используют однородную смесь и искровое зажигание. Современные дизельные двигатели используют стратифицированную смесь и зажигание от сжатия.

Также как в бензиновом двигателе, в HCCI впрыск топлива происходит на такте впуска. Однако вместо использования электрической искры для зажигания небольшой части топливной смеси, HCCI увеличивает плотность и температуру смеси до тех пор, пока по всему объёму не начнётся спонтанная реакция сгорания.

Таким же образом работают современные дизельные двигатели, однако в них впрыск происходит позже, во время цикла сжатия. Сгорание происходит на границе воздуха и топлива, создавая больше выбросов, позволяя как более обедненную смесь так и высокую температуру сгорания, что приводит к более высокому КПД.

Управление HCCI двигателем требует применения микропроцессорной системы управления и понимание физики воспламенения. Такие двигатели могут достигать сравнительно низких выбросов как бензиновые и такого же высокого КПД как дизельные.

Также HCCI двигатели достигают чрезвычайно низких выбросов оксидов азота NOx даже без применения каталитического нейтрализатора. Тем не менее для соответствия экологическим стандартам требуется нейтрализация несгоревших углеводородов и угарного газа.

Последние исследования показали что использование гибридного топлива(например смеси дизтоплива и бензина)помогает лучше контролировать процессы зажигания и сгорания в HCCI двигателях.

HCCI двигатели имеют долгую историю, хотя и не получили столь широкого распространения как бензиновые и дизельные. Такие двигатели были популярны до появления электрического искрового зажигания. Одним из таких двигателей является нефтяной(калоризаторный) двигатель в котором использовалась горячая испарительная камера для смешивания топлива с воздухом. Дополнительный нагрев совместно со сжатием создает условия для сгорания. Другим примером является компрессионный карбюраторный двигатель широко используемый в авиамоделизме.

Принцип[править | править код]

Смесь воздуха и топлива воспламеняется когда температура и давление смеси достаточно высоки. Концентрация и/или температура могут быть увеличены одним из следующих способов:

  • Увеличение степени сжатия
  • Предварительный нагрев газов наддува
  • Наддув
  • Увеличение или снижение рециркуляциии выхлопных газов

Сразу после воспламенения начинается сгорание, которое протекает очень быстро. При слишком раннем самовоспламенении или выделении чрезмерно большого количества энергии, высокое давление в цилиндрах может привести к разрушению двигателя. Поэтому при работе двигателя как правило используется обедненная смесь.

Преимущества[править | править код]

  • Так как HCCI двигатель работает в режиме обедненной смеси, он может работать с высокой степенью сжатия(>15) как у дизеля и имеют до 30% более высокую топливную чем обычные бензиновые двигатели.
  • Однородная топливная смесь позволяет более полное сгорание с меньшими выбросами. Так как максимальные температуры ниже чем в двигателях с искровым зажиганием, то количество образующихся оксидов азота NOx минимально. Также такой двигатель не выбрасывает сажу.
  • Двигатель может работать как на бензине, так и на дизеле и на большинстве альтернативных видов топлива.
  • Также HCCI позволяет избежать потерь на дросселирование, что дополнительно увеличивает эффективность.

Недостатки[править | править код]

  • Сложности с холодным пуском.
  • Высокие температура и скорость нарастания давления приводят к повышенному износу.
  • Самовоспламенение трудно контролировать, в отличие от традиционных двигателей, контролируемых с помощью свечей зажигания и топливных форсунок (у дизеля).
  • HCCI двигатели имеют малых диапазон мощности ограниченный при малых нагрузках условиями воспламенения обедненной смеси и при высоких нагрузках пределом давления в цилиндрах.
  • Выбросы угарного газа и несгоревших углеводородов выше чем у обычных бензиновых двигателей из-за неполного окисления (из-за низкой температуры и высокой скорости сгорания).

Способы управления[править | править код]

Двигатель с воспламенением однородной горючей смеси от сжатия сложнее в управлении чем другие ДВС. В бензиновых двигателях используются свечи зажигания для воспламенения топливной смеси. В дизельных двигателях сгорание начинается когда топливо впрыскивается в предварительно сжатый воздух. И в том и в другом случае зажигание происходит в определенный момент времени. В HCCI двигателях же, сжимается однородная смесь топлива и воздуха и сгорание начинается в произвольный момент когда температура и давление становятся достаточными для самовоспламенения. Это означает отсутствие какого-либо определенного инициатора зажигания который бы можно было контролировать. Двигатель должен быть спроектирован таким образом, чтобы условия самовоспламенения достигались своевременно. Для стабильной работы система управления двигателем должна управлять условиями которые инициируют сгорание. Такими способами могут быть: степень сжатия, температура и давление наддува, изменение процента рециркуляции выхлопных газов.

Степень сжатия[править | править код]

Имеют значения две степени сжатия. Геометрическая степень сжатия может изменяться с помощью подвижного поршня в верхней части ГБЦ. Такая система используется в авиамодельных компрессионных карбюраторных двигателях. Эффективная степень сжатия может быть уменьшена относительно геометрической закрытием впускного клапана либо слишком рано, либо слишком поздно с помощью системы изменения фаз газораспределения(VVT). Оба способа требуют энергозатрат для достижения нужного быстродействия. Также они являются дорогостоящими, но эффективными. Влияние степени сжатия на процесс сгорания в HCCI двигателе является предметом исследований.

Температура наддува[править | править код]

Самовоспламенение в HCCI весьма чувствительно к температуре. Простейшим способом используемым для контроля температуры является использование резистивных нагревателей на впуске, однако быстродействие такого подхода недостаточно для изменения температуры в ходе одного такта. Другим способом является быстрое управление температурой(FTM), он реализуется путём смешивания горячего и холодного воздуха на впуске. Этот способ обладает необходимым быстродействием, но дорог и имеет ограничения по производительности.

Процент рециркуляции выхлопных газов[править | править код]

Выхлопные газы могут быть очень горячими если подаются обратно в цилиндры непосредственно из выпускного тракта, либо холодными если они прошли рециркуляцию через впуск как это делается в системах рециркуляции выхлопных газов(EGR). Выхлопные газы влияют на процесс сгорания в HCCI двояким образом. Они разбавляют свежий заряд, отсрочивая воспламенение и уменьшая выделение энергии и соответственно результирующую мощность. Горячие же продукты сгорания напротив увеличивают температуру в цилиндре и ускоряют начало зажигания. Управление HCCI двигателями с помощью EGR было продемонстрировано экспериментально.

Изменяемые фазы газораспределения[править | править код]

Изменяемые фазы газораспределения(VVA) расширяют рабочий диапазон HCCI двигателя позволяя более точно контролировать совокупность параметров температура-давление-время в камере сгорания. Это может быть достигнуто следующими способами:

  • Управлением эффективной степенью сжатия: VVA на впуске может регулировать момент в который закрывается клапан впуска. Если это сделать после прохождения нижней мертвой точки, степень сжатия изменится за счет изменения давления.
  • Регулируя количество возвращённых в камеру сгорания горячих выхлопных газов: VVA может регулировать это либо повторным открытием клапанов, либо временем одновременного открытия впуска и выпуска. Изменение баланса поступающих холодных и горячих выхлопных газов позволяет контролировать температуру внутри цилиндра.

Электрогидравлические и бесклапанные системы изменения фаз газораспределения хотя и дают контроль над работой двигателя чрезмерно сложны и дороги, в то время как широко распространённые механические системы могут быть настроены для достижения необходимых режимов работы двигателя.

Смесь различных видов топлива[править | править код]

Другим способом увеличения рабочего диапазона двигателя является контроль за началом самовоспламенения и тепловыделением с помощью изменения самого состава топлива. Обычно это достигается за счёт смешивания нескольких топлив «на лету» в одном двигателе. Примером являются доступные на рынке двигатели использующие природный газ и этанол совместно с бензином/дизелем. Достичь этого можно различными способами:

  • Смешивание на входе: различные виды топлива смешиваются в жидкой фазе, одно с высокой воспламеняемостью(дизель) и другое с низкой(бензин). Момент зажигания в этом случае определяется составом смеси.
  • Смешивание в камере сгорания: одно топливо может впрыскиваться во впускной тракт, а другое непосредственно в цилиндр.
Непосредственный впрыск: PCCI или PPCI Сгорание[править | править код]

Непосредственный впрыск с воспламенением от сжатия(CIDI) — отработанная технология контроля момента самовоспламенения и тепловыделения использующаяся в дизельных двигателях. Двигатель с воспламенением предварительно смешанной(частично) горючей смеси от сжатия(PPCI или PCCI) это компромисс между простыми в управлении CIDI двигателями и более экологически чистыми HCCI двигателями, в частности с малым образованием сажи. Тепловыделение контролируется созданием горючей смеси которая дольше горит и менее склонна к детонации. Это делается путём впрыскивания смеси в такой момент, чтобы к началу воспламенения в цилиндре образовывались участки с различным соотношением топлива и воздуха. Сгорание начинается в разных точках камеры сгорания в различный момент времени там самым замедляя тепловыделение. Смесь формируется таким образом чтобы избежать обогащённых участков смеси приводящих к образованию сажи. Применение EGR и дизтоплива с высокой устойчивостью к воспламенению даёт больше времени на смешивание до воспламенения снижая число обогащённых участков смеси.

Предельное давление и скорость выделения тепла[править | править код]

В обычном ДВС сгорание происходит в режиме горения. Таким образом в каждый конкретный момент времени горит лишь некоторая часть топлива. Результатом этого являются сравнительно низкие давление и выделение энергии. В HCCI двигателях же вся топливовоздушная смесь воспламеняется одновременно и сгорает за меньшее время, при этом давление и выделение энергии значительно выше. Это повышает требования к прочности деталей двигателя.

Мощность[править | править код]

В ДВС изменение(увеличение) мощности происходит простым введением большего количества топлива в цилиндры. Так как скорость выделения тепла в таких двигателях сравнительно невелика, они могут выдерживать подобное увеличение мощности. Однако, в HCCI двигателях увеличение соотношения топливо/воздух приводит к росту давления и тепловыделения. К тому же многие способы управления HCCI двигателями подразумевают предварительный нагрев топлива, что приводит к уменьшению плотности, а следовательно и массы топливовоздушной смеси в камере сгорания снижая мощность. Из-за этого регулирование мощности HCCI двигателя является сложной задачей. Одним из способов является использование смешение топлив с различной стойкостью к самовоспламенению. Это уменьшает пиковое давление и тепловыделение и позволяет снизить коэффициент избытка воздуха. Другим способом является термическая стратификация топливовоздушной смеси таким образом, чтобы в разных точках сжимаемая смесь имела различную температуру и скорость горения. Третьим способом является ограничение работы двигателя в HCCI режиме только до при частичных нагрузках, переводя его в режим обычного сгорания(дизельного/бензинового) при полной мощности.

Выхлоп[править | править код]

Отличия от детонации[править | править код]

Моделирование HCCI двигателей[править | править код]

На 2019 год до стадии серийного производства доведены только двигатели Mazda SkyActive-G второго поколения(Skyactive-X), устанавливающиеся на Mazda 3. Двухлитровый двигатель оснащён турбонаддувом и имеет степень сжатия 18:1.

Также были продемонстрированы:

  • В 1994 году Honda представила мотоцикл EXP-2. Для имитации HCCI в двухтактном двигателе использовался выпускной клапан.
  • В 2007-2009 General Motors демонстрировала модифицированный 2.2L двигатель Ecotec. Двигатель работал в HCCI режиме при спокойной езде и переходил в обычный режим(цикл Отто, искровое зажигание) при максимальной мощности.
  • Mercedes-Benz создал прототип двигателя DiesOtto с управляемым самовоспламенением. Он был подемонстрирован в 2007 на Франкфуртском автошоу в составе прототипа F700.
  • Volkswagen разработал 2 прототипа на основе дизельного и бензинового двигателей соответственно.
  • В ноябре 2011 Hyundai представила GDCI двигатель работающие без свечей зажигания и использующий одновременно турбину и компрессор для контроля за самовоспламенением.
  • Британская компания Oxy-Gen Combustion в партнерстве с Michelin и Shell создала прототип HCCI двигателя работающего на максимальной мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *