ما هو الديزل؟ مبدأ التشغيل والجهاز والخصائص التقنية لمحرك الديزل

2024 مؤلف: Erin Ralphs | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-19 12:01

محركات الديزل شائعة جدًا في سيارات الركاب. تحتوي العديد من الطرز على خيار واحد على الأقل في نطاق المحرك. وذلك دون مراعاة الشاحنات والحافلات ومعدات البناء حيث يتم استخدامها في كل مكان. بعد ذلك ، نعتبر ماهية محرك الديزل ، التصميم ، مبدأ التشغيل ، الميزات.

التعريف

هذه الوحدة عبارة عن محرك احتراق داخلي تبادلي ، يعتمد تشغيله على الاشتعال الذاتي للوقود الذري من التسخين أو الضغط.

ميزات التصميم

يحتوي محرك البنزين على نفس العناصر الهيكلية لمحرك الديزل. مخطط العمل ككل مشابه أيضًا. يكمن الاختلاف في عمليات تكوين خليط وقود الهواء واحتراقه. بالإضافة إلى ذلك ، تعد محركات الديزل أجزاء أكثر متانة. هذا يرجع إلى حوالي ضعف نسبة الضغط لمحركات البنزين (19-24 مقابل 9-11).

التصنيف

وفقًا لتصميم غرفة الاحتراق ، تنقسم محركات الديزل إلى خيارات مع غرفة احتراق منفصلة وحقن مباشر.

في الأولفي هذه الحالة ، يتم فصل غرفة الاحتراق عن الأسطوانة وتوصيلها بقناة. عند الضغط ، يكون الهواء الداخل إلى الحجرة الدوامة ملتويًا ، مما يحسن تكوين الخليط والاشتعال الذاتي ، والذي يبدأ هناك ويستمر في الغرفة الرئيسية. كانت محركات الديزل من هذا النوع شائعة سابقًا في سيارات الركاب نظرًا لتميزها بمستوى ضوضاء أقل ونطاق دوران كبير من الخيارات التي تمت مناقشتها أدناه.

في محركات الديزل ذات الحقن المباشر ، توجد غرفة الاحتراق في المكبس ، ويتم توفير الوقود لمساحة زيادة الكباس. تم استخدام هذا التصميم في الأصل في المحركات عالية السرعة منخفضة السرعة. تميزت بمستوى عالٍ من الضوضاء والاهتزاز واستهلاك منخفض للوقود. في وقت لاحق ، مع ظهور مضخات الوقود عالية الضغط التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا وتحسين عملية الاحتراق ، حقق المصممون تشغيلًا مستقرًا عند نطاق يصل إلى 4500 دورة في الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، زيادة الكفاءة ، وانخفاض مستويات الضوضاء والاهتزاز. من بين التدابير لتقليل صلابة العمل الحقن المسبق متعدد المراحل. بفضل هذا ، أصبحت المحركات من هذا النوع منتشرة على نطاق واسع في العقدين الماضيين.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، يتم تقسيم محركات الديزل إلى محركات رباعية الأشواط وثنائية الأشواط ، وكذلك محركات البنزين. تتم مناقشة ميزاتها أدناه.

مبدأ التشغيل

لفهم ماهية محرك الديزل وما الذي يحدد ميزاته الوظيفية ، من الضروري مراعاة مبدأ التشغيل.يعتمد التصنيف أعلاه لمحركات الاحتراق الداخلي للمكبس على عدد الأشواط المضمنة في دورة التشغيل ، والتي تتميز بحجم زاوية دوران العمود المرفقي.

لذلك ، تشتمل دورة عمل المحركات رباعية الأشواط على 4 مراحل.

• المدخول. يحدث عندما يدور العمود المرفقي من 0 إلى 180 درجة. في هذه الحالة ، يمر الهواء إلى الأسطوانة من خلال صمام المدخل المفتوح عند 345-355 درجة. في الوقت نفسه ، أثناء دوران العمود المرفقي بمقدار 10-15 درجة ، يتم فتح صمام العادم ، وهو ما يسمى التداخل.
• ضغط. يتحرك المكبس لأعلى عند 180-360 درجة يضغط الهواء 16-25 مرة (نسبة الضغط) ويغلق صمام السحب في بداية الشوط (عند 190-210 درجة).
• العمل ، التمديد. يحدث عند 360-540 درجة. في بداية السكتة الدماغية ، حتى يصل المكبس إلى أعلى المركز الميت ، يتم حقن الوقود في الهواء الساخن وإشعاله. هذه ميزة لمحركات الديزل التي تميزها عن محركات البنزين حيث يحدث الاشتعال. وتدفع نواتج الاحتراق الناتجة المكبس لأسفل. في هذه الحالة ، يكون وقت احتراق الوقود مساويًا لوقت إمداد الفوهة به ولا يدوم أكثر من مدة شوط العمل. أي أثناء عملية التشغيل ، يكون ضغط الغاز ثابتًا ، ونتيجة لذلك تطور محركات الديزل المزيد من عزم الدوران. ومن السمات المهمة أيضًا لهذه المحركات الحاجة إلى توفير هواء زائد في الأسطوانة ، حيث يشغل اللهب جزءًا صغيرًا من غرفة الاحتراق. أي أن نسبة خليط الهواء والوقود مختلفة.
• الإصدار. عند 540-720 درجة من دوران العمود المرفقي ، يكون صمام العادم مفتوحًا ويتحرك المكبس لأعلى لإزاحة غازات العادم.

تتميز الدورة ثنائية الشوط بمراحل مختصرة وعملية واحدة لتبادل الغازات في الاسطوانة (تطهير) تحدث بين نهاية الشوط وبداية الضغط. عندما يتحرك المكبس لأسفل ، تتم إزالة منتجات الاحتراق من خلال صمامات العادم أو النوافذ (في جدار الأسطوانة). في وقت لاحق ، يتم فتح نوافذ المدخل للسماح بدخول الهواء النقي. عندما يرتفع المكبس ، تغلق جميع النوافذ ويبدأ الضغط. قبل الوصول إلى TDC مباشرة ، يتم حقن الوقود وإشعاله ، ويبدأ التمدد.

نظرًا لصعوبة تطهير الغرفة الدوامة ، لا تتوفر المحركات ثنائية الشوط إلا بالحقن المباشر.

أداء مثل هذه المحركات أعلى 1.6-1.7 مرة من أداء محرك الديزل رباعي الأشواط. يتم توفير نموها من خلال التنفيذ المتكرر لضربات العمل مرتين ، ولكن يتم تقليلها جزئيًا نظرًا لصغر حجمها ونفخها. نظرًا للعدد المضاعف من السكتات الدماغية ، تكون الدورة ثنائية الشوط مناسبة بشكل خاص إذا كان من المستحيل زيادة السرعة.

المشكلة الرئيسية في هذه المحركات هي الكسح بسبب مدتها القصيرة ، والتي لا يمكن تعويضها دون تقليل الكفاءة عن طريق تقصير الشوط. بالإضافة إلى ذلك ، من المستحيل فصل العادم عن الهواء النقي ، بسبب أي جزء من الأخير يتم إزالته بغازات العادم. يمكن حل هذه المشكلة من خلال توفير نوافذ عادم متقدمة. في هذه الحالة ، تبدأ الغازات في الإزالة قبل التطهير ، وبعد إغلاق المنفذ ، يتم استكمال الاسطوانة بهواء نقي.

إلى جانب ذلك ، متىباستخدام أسطوانة واحدة ، توجد صعوبات في تزامن فتح / إغلاق النوافذ ، لذلك توجد محركات (PDP) تحتوي كل أسطوانة فيها على مكبسين يتحركان في نفس المستوى. واحد منهم يتحكم في المدخول ، والآخر يتحكم في العادم.

وفقًا لآلية التنفيذ ، يتم تقسيم التطهير إلى مشقوق (نافذة) وفتحة صمام. في الحالة الأولى ، تعمل النوافذ كفتحات مدخل ومخرج. يتضمن الخيار الثاني استخدامها كمنافذ سحب ، ويعمل الصمام الموجود في رأس الأسطوانة كمخرج.

عادة ما يتم استخدام محركات الديزل ثنائية الأشواط في المركبات الثقيلة مثل السفن وقاطرات الديزل والدبابات.

نظام الوقود

معدات الوقود لمحركات الديزل أكثر تعقيدًا بكثير من معدات محركات البنزين. ويرجع ذلك إلى المتطلبات العالية لدقة إمداد الوقود من حيث الوقت والكمية والضغط. المكونات الرئيسية لنظام الوقود - مضخة الحقن ، الحقن ، الفلتر.

يستخدم نظام إمداد الوقود الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر (Common-Rail) على نطاق واسع. إنها تنفثها في طلقتين. أولها صغير ، يعمل على زيادة درجة الحرارة في غرفة الاحتراق (الحقن المسبق) ، مما يقلل الضوضاء والاهتزاز. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد هذا النظام من عزم الدوران عند السرعات المنخفضة بنسبة 25٪ ، ويقلل من استهلاك الوقود بنسبة 20٪ ويقلل محتوى السخام في غازات العادم.

شاحن توربيني

تستخدم التوربينات على نطاق واسع في محركات الديزل. ويرجع ذلك إلى ارتفاع ضغط غازات العادم (1.5-2) مراتقم بتدوير التوربين ، والذي يتجنب تباطؤ التوربو من خلال توفير دفعة من عدد دورات أقل في الدقيقة.

بداية باردة

يمكنك أن تجد الكثير من المراجعات أن الديزل لا يبدأ عند درجات حرارة منخفضة. ترجع صعوبة بدء تشغيل هذه المحركات في الظروف الباردة إلى حقيقة أن هذا يتطلب المزيد من الطاقة. لتسهيل العملية ، فهي مجهزة بسخان مسبق. يتم تمثيل هذا الجهاز بشمعات توهج موضوعة في غرف الاحتراق ، والتي عند تشغيل الإشعال تقوم بتسخين الهواء فيها وتعمل لمدة 15-25 ثانية أخرى بعد بدء التشغيل لضمان ثبات المحرك البارد. بفضل هذا ، يتم تشغيل محركات الديزل في درجات حرارة -30 … -25 درجة مئوية.

ميزات الخدمة

لضمان المتانة في التشغيل ، تحتاج إلى معرفة ما هو محرك الديزل وكيفية صيانته. يتم تفسير الانتشار المنخفض نسبيًا للمحركات قيد الدراسة مقارنة بمحركات البنزين ، من بين أمور أخرى ، من خلال الصيانة الأكثر تعقيدًا.

بادئ ذي بدء ، يتعلق هذا بنظام الوقود عالي التعقيد. وبسبب هذا فإن محركات الديزل شديدة الحساسية لمحتوى الماء والجزيئات الميكانيكية في الوقود ، كما أن إصلاحها أغلى ، وكذلك المحرك ككل ، مقارنة بالبنزين من نفس المستوى.

في حالة التوربينات ، فإن متطلبات جودة زيت المحرك مرتفعة أيضًا. موردها عادة 150 الف كم وتكلفتها عالية

على أي حال ، يجب تغيير زيت محركات الديزل أكثر من محركات البنزين (مرتين وفقًا للمعايير الأوروبية).

كما كانوأشار إلى أن هذه المحركات تعاني من مشاكل بدء التشغيل على البارد عندما لا يبدأ الديزل في درجات حرارة منخفضة. في بعض الحالات ، يحدث هذا بسبب استخدام وقود خاطئ (حسب الموسم ، يتم استخدام درجات مختلفة في مثل هذه المحركات ، حيث يتجمد وقود الصيف في درجات حرارة منخفضة).

الأداء

بالإضافة إلى ذلك ، لا يحب الكثير من الناس صفات محركات الديزل مثل انخفاض الطاقة ونطاق سرعة التشغيل ، وارتفاع مستويات الضوضاء والاهتزاز.

عادة ما يتفوق محرك البنزين في الأداء على محرك ديزل مشابه من حيث الأداء ، بما في ذلك سعة اللتر. يحتوي المحرك من النوع المعني في نفس الوقت على منحنى عزم دوران أعلى وحتى. إن نسبة الضغط الأعلى ، التي توفر المزيد من عزم الدوران ، تفرض استخدام أجزاء أقوى. نظرًا لأنهم أثقل ، يتم تقليل الطاقة. إضافة إلى ذلك فإن هذا يؤثر على كتلة المحرك وبالتالي على السيارة.

يرجع النطاق الصغير لسرعات التشغيل إلى اشتعال الوقود لفترة أطول ، ونتيجة لذلك لا يتوفر له الوقت للاحتراق بسرعات عالية.

زيادة مستويات الضوضاء والاهتزاز تؤدي إلى زيادة حادة في ضغط الأسطوانة أثناء الاشتعال.

تعتبر المزايا الرئيسية لمحركات الديزل أعلى من حيث الجر والكفاءة والملاءمة البيئية.

السحب ، أي عزم الدوران العالي بسرعات منخفضة ، يفسر من خلال احتراق الوقود أثناء حقنه. يوفر هذا استجابة أكبر ويسهل استخدام الطاقة بكفاءة.

الاقتصاد مدفوع بكليهمااستهلاك منخفض ، وحقيقة أن وقود الديزل أرخص. بالإضافة إلى ذلك ، من الممكن استخدام الزيوت الثقيلة منخفضة الجودة بسبب عدم وجود متطلبات صارمة للتقلبات. وكلما زاد الوقود ، زادت كفاءة المحرك. أخيرًا ، تعمل محركات الديزل بمخاليط خفيفة مقارنة بمحركات البنزين وبنسبة ضغط عالية. هذا الأخير يوفر فقدًا أقل للحرارة مع غازات العادم ، أي كفاءة أكبر. كل هذه الإجراءات تقلل من استهلاك الوقود. بفضل هذا ، فإن الديزل ينفق 30-40٪ أقل.

تفسر الملاءمة البيئية لمحركات الديزل من خلال حقيقة أن غازات العادم لديها محتوى أقل من أول أكسيد الكربون. يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام أنظمة تنظيف متطورة ، وبفضلها يلبي محرك البنزين الآن نفس المعايير البيئية مثل محرك الديزل. كان هذا النوع من المحركات في السابق أدنى بكثير من البنزين في هذا الصدد.

التطبيق

كما هو واضح من ماهية محرك الديزل وما هي خصائصه ، فإن هذه المحركات هي الأنسب للحالات التي تتطلب قوة جر عالية عند دورات منخفضة. لذلك ، فهي مجهزة بجميع الحافلات والشاحنات ومعدات البناء تقريبًا. بالنسبة للمركبات الخاصة ، من بينها هذه المعلمات هي الأكثر أهمية لسيارات الدفع الرباعي. نظرًا للكفاءة العالية ، تم تجهيز النماذج الحضرية أيضًا بهذه المحركات. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أكثر ملاءمة للإدارة في مثل هذه الظروف. تشهد محركات اختبار الديزل على ذلك.