Co to jest olej napędowy? Zasada działania, urządzenie i charakterystyka techniczna silnika wysokoprężnego

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-19 18:17

Silniki wysokoprężne są bardzo popularne w samochodach osobowych. Wiele modeli ma co najmniej jedną opcję w gamie silników. I to bez uwzględnienia ciężarówek, autobusów i sprzętu budowlanego, gdzie są one używane wszędzie. Następnie zastanawiamy się, czym jest silnik wysokoprężny, konstrukcja, zasada działania, cechy.

Definicja

To urządzenie to tłokowy silnik spalinowy, którego działanie opiera się na samozapłonie rozpylonego paliwa w wyniku ogrzewania lub sprężania.

Cechy projektu

Silnik benzynowy ma te same elementy konstrukcyjne, co silnik wysokoprężny. Podobny jest również schemat funkcjonowania całości. Różnica polega na procesach powstawania mieszanki paliwowo-powietrznej i jej spalaniu. Ponadto silniki wysokoprężne są bardziej wytrzymałymi częściami. Wynika to z około dwukrotnie wyższego stopnia sprężania silników benzynowych (19-24 w porównaniu z 9-11).

Klasyfikacja

Zgodnie z konstrukcją komory spalania silniki Diesla dzielą się na opcje z osobną komorą spalania oraz z bezpośrednim wtryskiem.

W pierwszymW tym przypadku komora spalania jest oddzielona od cylindra i połączona z nim kanałem. Po sprężeniu powietrze wchodzące do komory wirowej jest skręcane, co poprawia tworzenie mieszanki i samozapłon, który zaczyna się tam i kontynuuje w komorze głównej. Silniki Diesla tego typu były wcześniej powszechne w samochodach osobowych ze względu na to, że wyróżniały się niższym poziomem hałasu i dużym zakresem obrotów od omówionych poniżej opcji.

W silnikach wysokoprężnych z wtryskiem bezpośrednim komora spalania znajduje się w tłoku, a paliwo jest dostarczane do przestrzeni nadtłokowej. Ten projekt był pierwotnie stosowany w wolnoobrotowych silnikach o dużej objętości. Wyróżniały się wysokim poziomem hałasu i wibracji oraz niskim zużyciem paliwa. Później, wraz z pojawieniem się elektronicznie sterowanych wysokociśnieniowych pomp paliwowych i optymalizacją procesu spalania, projektanci osiągnęli stabilną pracę w zakresie do 4500 obr./min. Ponadto zwiększona wydajność, zmniejszony poziom hałasu i wibracji. Wśród środków mających na celu zmniejszenie sztywności pracy znajduje się wieloetapowy wtrysk wstępny. Dzięki temu silniki tego typu stały się powszechne w ciągu ostatnich dwóch dekad.

Zgodnie z zasadą działania silniki wysokoprężne dzielą się na czterosuwowe i dwusuwowe oraz silniki benzynowe. Ich cechy zostały omówione poniżej.

Zasada działania

Aby zrozumieć, czym jest silnik wysokoprężny i co decyduje o jego cechach funkcjonalnych, należy wziąć pod uwagę zasadę działania. Powyższa klasyfikacja tłokowych silników spalinowych opiera się na liczbie suwów zawartych w cyklu pracy, które wyróżnia wielkość kąta obrotu wału korbowego.

Dlatego cykl pracy silników czterosuwowych obejmuje 4 fazy.

• Wlot. Występuje, gdy wał korbowy obraca się od 0 do 180°. W takim przypadku powietrze przechodzi do cylindra przez zawór wlotowy otwarty przy 345-355 °. Jednocześnie podczas obrotu wału korbowego o 10-15 ° otwiera się zawór wydechowy, co nazywa się zachodzeniem.
• Kompresja. Tłok poruszający się w górę przy 180-360° spręża powietrze 16-25 razy (stopień sprężania), a zawór wlotowy zamyka się na początku suwu (przy 190-210°).
• Skok roboczy, wydłużenie. Występuje przy 360-540°. Na początku suwu, aż tłok osiągnie górny martwy punkt, paliwo jest wtryskiwane do gorącego powietrza i zapalane. Jest to cecha silników wysokoprężnych, która odróżnia je od silników benzynowych, gdzie następuje wyprzedzenie zapłonu. Powstałe produkty spalania popychają tłok w dół. W tym przypadku czas spalania paliwa jest równy czasowi jego podania przez dyszę i trwa nie dłużej niż czas trwania suwu roboczego. Oznacza to, że podczas procesu roboczego ciśnienie gazu jest stałe, w wyniku czego silniki wysokoprężne rozwijają większy moment obrotowy. Ważną cechą takich silników jest również konieczność zapewnienia nadmiaru powietrza w cylindrze, ponieważ płomień zajmuje niewielką część komory spalania. Oznacza to, że proporcje mieszanki paliwowo-powietrznej są różne.
• Wydanie. Przy 540-720° obrotu wału korbowego zawór wydechowy jest otwarty, a tłok porusza się w górę, aby wyprzeć spaliny.

Cykl dwusuwowy charakteryzuje się skróconymi fazami i pojedynczym procesem wymiany gazu w cylindrze (przedmuchu) zachodzącym między końcem suwu a początkiem sprężania. Gdy tłok porusza się w dół, produkty spalania są usuwane przez zawory wydechowe lub okna (w ściance cylindra). Później okna wlotowe są otwierane, aby wpuścić świeże powietrze. Gdy tłok się podnosi, wszystkie szyby zamykają się i zaczyna się kompresja. Tuż przed osiągnięciem GMP paliwo jest wtryskiwane i zapalane, rozpoczyna się rozprężanie.

Ze względu na trudność czyszczenia komory wirowej, silniki dwusuwowe są dostępne tylko z bezpośrednim wtryskiem.

Osiągi takich silników są 1,6-1,7 razy wyższe niż osiągi czterosuwowego silnika wysokoprężnego. Jej wzrost zapewnia dwukrotnie częstsze wykonywanie uderzeń roboczych, ale jest częściowo zmniejszony ze względu na ich mniejsze rozmiary i nadmuch. Ze względu na podwójną liczbę suwów cykl dwusuwowy jest szczególnie istotny, jeśli nie jest możliwe zwiększenie prędkości.

Głównym problemem związanym z tymi silnikami jest oczyszczanie ze względu na ich krótki czas działania, którego nie można skompensować bez zmniejszenia wydajności poprzez skrócenie skoku. Ponadto nie jest możliwe oddzielenie spalin i świeżego powietrza, dzięki czemu część tego ostatniego jest usuwana wraz ze spalinami. Ten problem można rozwiązać, zapewniając zaawansowane okna wywiewne. W takim przypadku gazy zaczynają być usuwane przed przedmuchem, a po zamknięciu wylotu butla jest uzupełniana świeżym powietrzem.

Poza tym, kiedyprzy użyciu jednego cylindra występują trudności z synchronizacją otwierania/zamykania szyb, dlatego zdarzają się silniki (PDP), w których każdy cylinder ma dwa tłoki poruszające się w tej samej płaszczyźnie. Jeden z nich steruje wlotem, drugi wydechem.

Zgodnie z mechanizmem realizacji, przedmuch dzieli się na szczelinowy (okienkowy) i szczelinowy zaworowy. W pierwszym przypadku okna służą zarówno jako otwory wlotowe, jak i wylotowe. Druga opcja polega na wykorzystaniu ich jako portów dolotowych, a zawór w głowicy cylindra służy jako wylot.

Dwusuwowe silniki wysokoprężne są zwykle używane w ciężkich pojazdach, takich jak statki, lokomotywy spalinowe, czołgi.

Układ paliwowy

Wyposażenie paliwowe silników wysokoprężnych jest znacznie bardziej skomplikowane niż w przypadku silników benzynowych. Wynika to z wysokich wymagań dotyczących dokładności podawania paliwa pod względem czasu, ilości i ciśnienia. Główne elementy układu paliwowego - pompa wtryskowa, wtryskiwacze, filtr.

Szeroko stosowany jest komputerowy system zasilania paliwem (Common-Rail). Tryska go w dwóch strzałach. Pierwsza z nich jest niewielka, służąca do podwyższenia temperatury w komorze spalania (wstępny wtrysk), co zmniejsza hałas i wibracje. Ponadto system ten zwiększa moment obrotowy przy niskich prędkościach o 25%, zmniejsza zużycie paliwa o 20% oraz zawartość sadzy w spalinach.

Turbodoładowanie

Turbiny są szeroko stosowane w silnikach wysokoprężnych. Wynika to z wyższego (1,5-2) razy większego ciśnienia spalin, którezakręć turbiną, która pozwala uniknąć opóźnienia turbodoładowania, zapewniając doładowanie z niższych obrotów.

Zimny start

Można znaleźć wiele opinii, że olej napędowy nie uruchamia się w niskich temperaturach. Trudność w uruchomieniu takich silników w niskich temperaturach wynika z faktu, że wymaga to więcej energii. Aby ułatwić proces, są wyposażone w podgrzewacz. Urządzenie to reprezentują świece żarowe umieszczone w komorach spalania, które po włączeniu zapłonu podgrzewają w nich powietrze i pracują przez kolejne 15-25 sekund po uruchomieniu, aby zapewnić stabilność zimnego silnika. Dzięki temu silniki Diesla są uruchamiane w temperaturach -30 … -25 ° С.

Funkcje usługi

Aby zapewnić trwałość podczas eksploatacji, musisz wiedzieć, czym jest silnik wysokoprężny i jak go konserwować. Stosunkowo niską częstość występowania rozważanych silników w porównaniu z silnikami benzynowymi tłumaczy się między innymi bardziej skomplikowaną obsługą.

Przede wszystkim dotyczy to układu paliwowego o dużej złożoności. Z tego powodu silniki Diesla są niezwykle wrażliwe na zawartość wody i cząstek mechanicznych w paliwie, a ich naprawa jest droższa, podobnie jak silnik jako całość, w porównaniu z benzyną o tym samym poziomie.

W przypadku turbiny wymagania dotyczące jakości oleju silnikowego są również wysokie. Jego zasoby to zwykle 150 tys. km, a koszt jest wysoki.

W każdym przypadku silniki wysokoprężne powinny być wymieniane częściej niż silniki benzynowe (2 razy zgodnie z normami europejskimi).

Jak byłozauważył, że te silniki mają problemy z zimnym rozruchem, gdy olej napędowy nie uruchamia się w niskich temperaturach. W niektórych przypadkach jest to spowodowane użyciem niewłaściwego paliwa (w zależności od pory roku w takich silnikach stosuje się różne gatunki, ponieważ letnie paliwo zamarza w niskich temperaturach).

Wydajność

Ponadto wiele osób nie lubi takich cech silników wysokoprężnych, jak niższa moc i zakres prędkości roboczych, wyższy poziom hałasu i wibracji.

Silnik benzynowy zwykle przewyższa podobny silnik wysokoprężny pod względem osiągów, w tym pojemności litra. Silnik danego typu ma jednocześnie wyższą i równomierną krzywą momentu obrotowego. Wyższy stopień sprężania, który zapewnia większy moment obrotowy, wymusza stosowanie mocniejszych części. Ponieważ są cięższe, moc jest zmniejszona. Dodatkowo wpływa to na masę silnika, a co za tym idzie samochodu.

Mały zakres prędkości roboczych wynika z dłuższego zapłonu paliwa, w wyniku którego nie ma czasu na wypalenie przy dużych prędkościach.

Podwyższony poziom hałasu i wibracji powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia w cylindrze podczas zapłonu.

Główne zalety silników wysokoprężnych są uważane za lepszą przyczepność, wydajność i przyjazność dla środowiska.

Trakcja, czyli wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach, tłumaczy się spalaniem paliwa podczas jego wtrysku. Zapewnia to większą responsywność i ułatwia efektywne wykorzystanie energii.

Gospodarka jest napędzana przez jedno i drugieniskie zużycie oraz fakt, że olej napędowy jest tańszy. Ponadto możliwe jest stosowanie niskogatunkowych olejów ciężkich, ponieważ nie ma ścisłych wymagań dotyczących lotności. A im cięższe paliwo, tym wyższa sprawność silnika. Wreszcie, diesle pracują na ubogich mieszankach w porównaniu z silnikami benzynowymi i przy wysokim stopniu sprężania. Ten ostatni zapewnia mniejsze straty ciepła ze spalinami, czyli większą wydajność. Wszystkie te środki zmniejszają zużycie paliwa. Diesel dzięki temu wydaje go o 30-40% mniej.

Przyjazność dla środowiska silników wysokoprężnych wynika z faktu, że ich spaliny mają niższą zawartość tlenku węgla. Osiąga się to dzięki zastosowaniu wyrafinowanych systemów czyszczenia, dzięki którym silnik benzynowy spełnia teraz te same normy środowiskowe co silnik wysokoprężny. Ten typ silnika był wcześniej pod tym względem znacznie gorszy od benzyny.

Aplikacja

Jak jasno wynika z tego, czym jest silnik wysokoprężny i jakie są jego właściwości, takie silniki są najbardziej odpowiednie w przypadkach, w których potrzebna jest wysoka trakcja przy niskich obrotach. Dlatego są wyposażone w prawie wszystkie autobusy, ciężarówki i sprzęt budowlany. Jeśli chodzi o pojazdy prywatne, wśród nich takie parametry są najważniejsze dla SUV-ów. Ze względu na wysoką sprawność modele miejskie są również wyposażone w te silniki. Ponadto wygodniej nimi zarządzać w takich warunkach. Świadczą o tym jazdy próbne z silnikiem Diesla.