柴油發動機：工作特點
在引擎蓋下，現代汽車將配備三種動力系統中的一種。 它是汽油、電動或柴油發動機。 我們已經討論了汽油發動機的工作原理和設計。 在另一篇文章中.
現在讓我們重點關注柴油發動機的特點：它由哪些部件組成，它與汽油發動機有何不同，並考慮在不同條件下啟動和運行該內燃機的特點。
什麼是柴油汽車發動機
首先，一點理論。 柴油發動機是指活塞動力裝置的類型，其外觀與汽油發動機相同。 他的布多瓦實際上也沒有什麼不同。
它將主要包括：
- 氣缸體。 這是單位的主體。 它具有其操作所需的孔和空腔。 外壁有冷卻套（組裝好的電機中充滿液體以冷卻外殼的空腔）。 中心部分有主要孔，稱為圓柱體。 他們燃燒燃料。 此外，該塊的設計還提供了孔，用於借助銷釘連接該塊本身及其頭部，氣體分配機構位於該頭部中。
- 帶連桿的活塞。 這些元件的設計與汽油發動機的相同部件相同。 唯一的區別是活塞和連桿的強度更高，可以承受高機械負載。
- 曲軸。 柴油機配備的曲軸的設計與汽油驅動的內燃機的曲軸類似。 區別僅在於製造商針對電機的特定修改使用了該部件的設計。
- 平衡軸。 小型發電機通常使用單缸柴油機。 它按照二衝程原理工作。 由於里面只有一個活塞，當BTC燃燒時，會產生強烈的振動。 為了使電機平穩工作，單缸機組的裝置中包含平衡軸，可補償機械能的急劇跳變。
如今，由於創新技術的引入，柴油車越來越受歡迎，這些技術使車輛能夠滿足環境標準和經驗豐富的駕駛者的需求。 如果說早期柴油機主要通過貨運接收，那麼如今客車通常配備這種發動機。
據估計，在美國銷售的汽車中近百分之一將使用重質燃油。 至於歐洲，柴油機在這個市場上更受歡迎。 幾乎一半在引擎蓋下出售的汽車都配備這種類型的發動機。
柴油發動機不能加註汽油。 它需要自己的燃料。 柴油是一種油狀可燃液體，其成分與煤油和取暖油相似。 與汽油相比，這種燃料的辛烷值較低（詳細描述了該參數是什麼）。 在另一則評論中），因此它的點火是根據不同的原理髮生的，與汽油的燃燒不同。
現代裝置正在不斷改進，以減少燃料消耗、運行過程中產生的噪音更少、廢氣中有害物質含量更少，並且操作盡可能簡化。 為此，大多數係統由電子設備控制，而不是由各種機制控制。
為了使配備柴油機組的乘用車滿足高環境標準，它配備了額外的系統，可以更好地燃燒空氣燃料混合物並利用在此過程中釋放的所有能量。
最新一代的一些車型使用所謂的清潔柴油。 這個概念描述了一種廢氣幾乎與汽油燃燒產物相同的車輛。
此類系統的列表包括：
- 進氣系統。 根據裝置的設計，它可能由多個進氣門組成。 它們的目的是確保空氣的供應並形成正確的氣流渦流，從而可以在內燃機的不同操作模式下更好地將柴油與空氣混合。 當發動機啟動並低速運轉時，這些阻尼器將關閉。 一旦速度增加，這些元件就會打開。 這種機制可以減少尚未燃盡的一氧化碳和碳氫化合物的含量，這種情況通常在低速時發生。
- 動力升壓系統。 增加內燃機功率最有效的方法之一是在進氣道上安裝渦輪增壓器。 在一些現代交通模型中，安裝了可以改變內部管道幾何形狀的渦輪機。 還有一種渦輪複合系統，其描述為 這裡.
- 啟動優化系統。 與汽油發動機相比，這些發動機的運行條件更加反复無常。 例如，冷的內燃機在冬天啟動更差，而舊的改裝在嚴重的霜凍下如果不預熱則根本無法啟動。 為了在這種條件下啟動是可能的或盡可能快地啟動，機器接受預熱。 為此，在每個氣缸（或進氣歧管）中安裝了一個電熱塞，該電熱塞加熱空氣的內部體積，使其在壓縮過程中的溫度完全達到柴油燃料可以自行點燃的溫度。 有些車輛可能有一個系統，可以在燃料進入氣缸之前對其進行加熱。
- 發布系統。 它旨在減少廢氣中有害物質的含量。 例如，廢氣流經過 微粒過濾器，中和未燃燒的碳氫化合物和氮氧化物。 廢氣在諧振器和主消聲器中被消音，但在現代發動機中，廢氣的流動最初已經均勻，因此一些駕車者購買了主動式汽車排氣裝置（有關該裝置的報告描述了 這裡)
- 氣體分配系統。 出於與汽油版本相同的目的，這是必要的。 當活塞進行適當的衝程時，進口或出口閥門應及時打開/關閉。 正時裝置包括凸輪軸和其他重要部件，提供 及時執行電機各相 （入口或出口）。 柴油發動機中的閥門得到了加固，因為它們承受著更大的機械和熱負荷。
- 廢氣再循環。 該系統通過冷卻一些廢氣並將其返回進氣歧管來完全去除氮氧化物。 該設備的操作方案可能會根據設備的設計而有所不同。
- 燃油系統。 根據內燃機的設計，該系統可能略有不同。 主要元件是噴射泵，它增加燃油壓力，以便在高壓縮狀態下噴嘴能夠將柴油噴射到氣缸中。 柴油燃料系統的最新發展之一是 CommonRail 鐵路。 稍後我們將仔細看看它的設備。 它的獨特之處在於，它可以讓您在一個特殊的油箱中積累一定量的燃油，使其穩定、平穩地分佈在噴嘴上。 電子類型的控制允許您使用不同的噴射模式，以在不同的發動機轉速下實現最大效率。
- 渦輪增壓器。 在標準電機中，排氣歧管上安裝了一個特殊的機構，旋轉葉片位於兩個不同的空腔中。 主葉輪由廢氣流驅動。 旋轉軸同時啟動屬於進氣道的第二葉輪。 隨著第二個元件旋轉，進氣系統中的新鮮空氣壓力增加。 結果，更多的體積進入氣缸，從而增加了內燃機的功率。 有些汽車沒有配備傳統的渦輪機，而是配備了渦輪增壓器，渦輪增壓器已經由電子設備供電，無論裝置的速度如何，都可以增加氣流。
從技術角度來說，柴油發動機與汽油發動機的不同之處在於空氣燃料混合物的燃燒方式。 對於標準汽油動力發動機，燃料通常在進氣歧管中混合（一些現代改裝採用直接噴射）。 柴油機只有在柴油直接噴入氣缸時才能工作。 因此，在壓縮過程中，VTS不會提前點火，必須在活塞已經準備好開始執行沖程衝程時進行混合。
燃油系統裝置
燃油系統的運行減少為在正確的時間供應必要部分的柴油。 在這種情況下，噴嘴中的壓力應大大超過壓縮比。 柴油機的壓縮比遠高於汽油機。
此外，我們建議閱讀有關 什麼是壓縮率和壓縮率。 這種燃油供應系統，尤其是現代版本，是汽車中最昂貴的元件之一，因為它的細節確保了裝置的高精度。 該系統的維修非常複雜且昂貴。
以下是燃油系統的主要元件。
TNVD
任何燃油系統都必須有泵。 該機構從油箱中吸入柴油並將其泵入燃油迴路。 為了使汽車在燃料消耗方面更加經濟，其供給由電子設備控制。 控制單元響應油門踏板的踩下和電機的操作模式。
當駕駛員踩下油門踏板時，控制模塊獨立決定需要增加到什麼程度，改變進氣時間。 為此，大量算法在工廠被閃存到 ECU 中，在每種情況下都會激活必要的機制。
燃油泵在系統中產生恆定的壓力。 該機構基於柱塞對。 了解更多關於它是什麼以及它如何工作的信息 另。 在現代燃油系統中，使用分配器類型的泵。 它們尺寸緊湊，在這種情況下，無論裝置的運行模式如何，燃料都會更加均勻地流動。 您可以閱讀有關此機制如何工作的更多信息。 這裡.
吸嘴
該部件確保當氣缸中的空氣已經被壓縮時，燃油直接噴射到氣缸中。 儘管該過程的效率直接取決於燃料的壓力，但霧化器本身的設計非常重要。
在所有噴嘴改型中，主要有兩種類型。 它們的不同之處在於噴塗過程中形成的火炬類型。 有一個字體或多點噴霧器。
該部件安裝在氣缸蓋內，其霧化器位於燃燒室內，燃油與熱空氣混合併自燃。 考慮到高熱負荷以及針往復運動的頻率，噴嘴霧化器的製造採用耐熱材料。
燃油過濾器
由於高壓燃油泵和噴油器的設計包含許多間隙非常小的部件，並且它們本身必須得到良好的潤滑，因此對柴油的質量（其純度）提出了很高的要求。 因此，系統中存在昂貴的過濾器。
每種類型的發動機都有自己的燃油過濾器，因為所有品種都有自己的吞吐量和過濾程度。 除了去除異物顆粒之外，該元素還必須淨化燃料中的水。 這是在罐中形成並與可燃材料混合的冷凝水。
為了防止水積聚在水坑中，過濾器通常有一個排水孔。 有時，燃油管路中會形成氣鎖。 為了將其移除，某些過濾器型號配有小型手動泵。
某些車型安裝了特殊裝置，可以加熱柴油。 在冬天，這種燃料經常結晶，形成石蠟顆粒。 這將取決於過濾器是否能夠充分地將燃油輸送到泵，從而確保在寒冷天氣下更容易啟動內燃機。
的操作原理
柴油內燃機的工作原理與汽油機的工作原理相同，即使燃燒室中燃燒的空氣燃料混合物膨脹。 唯一的區別是，混合物不是通過蠟燭的火花點燃的（柴油發動機根本沒有火花塞），而是通過將一部分燃料由於強烈壓縮而噴射到熱介質中。 活塞強烈壓縮空氣，導致腔體溫度升至約 700 度。 一旦噴嘴霧化燃料，它就會點亮並釋放必要的能量。
與汽油機一樣，柴油機也有二衝程和四衝程兩種主要類型。 考慮它們的結構和工作原理。
四衝程循環
四衝程汽車裝置是最常見的。 以下是此類單元的工作順序：
- 入場。 當曲軸旋轉時（在發動機啟動期間，由於起動機的工作而發生這種情況，當發動機運轉時，活塞由於相鄰氣缸的工作而進行此循環），活塞開始向下移動。 此時，進水閥打開（可以是一個，也可以是兩個）。 一部分新鮮空氣通過開孔進入氣缸。 在活塞到達下止點之前，進氣門保持打開狀態。 第一節拍就此結束。
- 壓縮。 曲軸再轉動 180 度，活塞開始向上移動。 此時，所有閥門均關閉。 氣缸中的所有空氣都被壓縮。 為了使其不落入活塞下方空間，每個活塞都有多個密封圈（有關其裝置的詳細信息描述 這裡）。 當我們移動到上止點時，由於壓力急劇增加，氣溫上升到數百度。 當活塞到達最高位置時，衝程結束。
- 工作移動。 當閥門關閉時，噴嘴輸送一小部分燃料，該燃料立即因高溫而點燃。 有一些燃料系統可以將這一小部分分成幾個較小的部分。 電子設備可以激活此過程（如果製造商提供），以提高內燃機在不同操作模式下的效率。 當氣體膨脹時，活塞被迫到達下止點。 當到達 BDC 時，循環結束。
- 發布。 曲軸的最後一轉再次使活塞上升。 此時，排氣閥打開。 通過該孔，氣流被排入排氣歧管，並通過它進入排氣系統。 在某些發動機工作模式下，進氣門也可能稍微打開以更好地為氣缸通風。
一個氣缸內曲軸旋轉一圈，執行兩個循環。 根據該方案，任何活塞發動機都可以運行，無論燃料類型如何。
推動週期
除了四衝程之外，還有二衝程改型。 它們與之前版本的不同之處在於，在活塞的一個衝程中執行兩個循環。 這種修改是由於二衝程氣缸體的設計特點而起作用的。
這是二衝程發動機的剖面圖：
從圖中可以看出，混合氣點火後，當活塞運動到下止點時，首先打開廢氣所在的排氣口。 稍後，入口打開，室內充滿新鮮空氣，氣缸被吹掃。 由於柴油被霧化成壓縮空氣，因此在吹掃腔時不會進入排氣系統。
與之前的改裝相比，二衝程的功率提高了1.5-1.7倍。 然而，四衝程版本增加了扭矩。 儘管功率很高，但二衝程內燃機有一個顯著的缺點。 與四衝程發動機相比，其調整效果較小。 因此，它們在現代汽車中不太常見。 通過增加曲軸速度來強制這種類型的電機是一個相當複雜且低效的過程。
在柴油機中，有許多有效的選擇可用於不同類型的車輛。 霍夫鮑爾發動機是現代水平對置式二衝程發動機之一。 你可以閱讀相關內容 另.
柴油發動機的類型
除了二次系統使用上的特點外，柴油機在設計上也存在差異。 基本上，這種差異是在燃燒室的結構中觀察到的。 以下是根據該部門的幾何形狀進行的主要分類：
- 不可分割的相機。 此類的另一個名稱是直接注入。 在這種情況下，柴油被噴射到活塞上方的空間中。 這些發動機需要特殊的活塞。 其中有特殊的坑，形成燃燒室。 通常，這種修改用於具有大位移的單元（如何計算，請閱讀 另），並且不發展高速。 速度越高，電機發出的噪音和振動越大。 採用電子控制的高壓燃油泵可確保此類裝置的運行更加穩定。 此類系統能夠提供雙燃料噴射，並優化 VTS 的燃燒過程。 由於採用了這項技術，這些電機能夠在高達 4.5 轉的轉速下穩定運行。
- 單獨的相機。 這種燃燒室幾何形狀用於大多數現代動力系統中。 氣缸蓋內有一個單獨的室。 它具有特殊的幾何形狀，在壓縮衝程期間形成渦流。 因此，燃料可以更有效地與空氣混合併燃燒得更好。 在這種設計中，發動機運行更柔和，噪音更小，因為氣缸中的壓力平穩建立，沒有突然的衝擊。
發射情況如何
此類電機的冷啟動值得特別注意。 由於主體和進入氣缸的空氣都很冷，因此當該部分被壓縮時，它無法充分加熱以使柴油能夠點燃。 此前，在寒冷的天氣裡，他們用噴燈來解決這個問題 - 他們加熱發動機本身和油箱，使柴油和機油變暖。
此外，在寒冷的情況下，柴油會變稠。 此類燃料的製造商開發了夏季和冬季品牌。 在第一種情況下，柴油在 -5 度的溫度下停止泵送通過過濾器和管道。 冬季柴油在-45度時不失去流動性，不結晶。 因此，使用與季節相對應的燃油和機油時，現代汽車的啟動不會有任何問題。
現代汽車都有預熱系統。 這種系統的元件之一是電熱塞，它通常安裝在氣缸蓋的燃油噴射區域中。 了解有關此設備的更多信息 這裡。 簡而言之，它提供快速發光，為內燃機的啟動做好準備。
根據蠟燭的型號，它可以加熱到近 800 度。 這個過程通常需要幾秒鐘。 當發動機充分預熱後，儀表板上的線圈指示燈開始閃爍。 為了保持電機穩定直至達到工作溫度，這些插頭會繼續加熱進入的空氣約 20 秒。
如果汽車配備了發動機啟動按鈕，則駕駛員無需導航指示燈，等待何時轉動啟動器。 按下按鈕後，電子設備將獨立等待加熱氣缸中空氣所需的時間。
關於汽車內部的升溫，許多駕駛者註意到，在冬天，汽車的升溫速度比汽油車要慢。 原因是該裝置的效率不允許其快速加熱。 對於那些喜歡進入已經溫暖的汽車的人來說，有用於內燃機的遠程啟動系統。
另一種選擇是內部預熱系統，該系統的設備專門使用柴油來加熱內部。 此外，它還能加熱冷卻液，這將有助於將來內燃機預熱時。
渦輪增壓和共軌
傳統發動機的主要問題是所謂的渦輪坑。 這是單位踩下踏板反應緩慢的結果——駕駛員踩油門，內燃機似乎思考了一會。 這是因為廢氣流僅在特定的發動機速度下才會激活標準渦輪機的葉輪。
渦輪柴油機裝置配備渦輪增壓器而不是標準渦輪機。 這個機制有詳細的描述 其他у非裔文章，但簡而言之，它為氣缸提供了額外的空氣量，因此即使在低轉速下也可以消除相當大的功率。
然而，渦輪柴油機也有一個顯著的缺點。 電動壓縮機的工作資源較小。 平均而言，這一時期汽車的行駛里程約為150萬公里。 原因是該機構在熱負荷增加以及持續高速的情況下持續運行。
該設備的維護僅在於機器所有者始終遵守製造商關於油質量的建議。 如果渦輪增壓器出現故障，則應更換而不是修理。
許多現代汽車都配備了共軌燃油系統。 詳細描述了 另。 如果可以選擇這樣的汽車改裝，那麼該系統可以讓您以脈沖模式優化燃油供應，這對內燃機的效率產生積極影響。
以下是這種共軌燃油系統的工作原理：
- 在活塞到達上止點之前 20 度時，噴嘴會噴射主要部分燃油的 5% 到 30%。 這是預注射。 它形成初始火焰，因此氣缸內的壓力和溫度逐漸升高。 該過程減少了裝置部件上的衝擊載荷，並提供更好的燃料燃燒。 這種預噴射用於環保性能符合歐3標準的發動機。 從第4標准開始，在內燃機中進行多級預噴射。
- 在活塞TDC位置之前2度，供給燃料的主要部分的第一部分。 該過程的發生方式與沒有燃油軌的傳統柴油發動機相同，但沒有壓力波動，因為在這個階段，由於柴油燃料的初步部分的燃燒，壓力已經很高。 該方案可以降低電機的噪音。
- 一段時間後，停止供應燃料，使這部分完全燒盡。
- 接下來，噴射該部分燃料的第二部分。 由於這種分離，整個部分都燃燒到最後。 另外，氣缸的工作時間比經典裝置更長。 這導致以最小消耗和低排放實現高扭矩。 此外，內燃機沒有衝擊，因此不會發出太大的噪音。
- 在排氣門打開之前，噴油器執行後噴射。 這是剩下的燃料。 它已經在排氣道中燃燒。 這種燃燒方法一方面可以清除排氣系統內部的煙灰，另一方面可以提高渦輪增壓器的功率，從而可以平滑渦輪遲滯。 符合 Euro-5 生態標準的裝置也使用類似的平台。
正如您所看到的，存儲燃料系統的安裝允許多脈衝燃料供應。 因此，柴油發動機的幾乎所有特性都得到了改善，使其功率更接近汽油發動機。 如果汽車上安裝了渦輪增壓器，那麼這個工具就可以製造出優於汽油的發動機。
現代渦輪柴油機的這一優勢使得柴油乘用車的普及成為可能。 順便說一句，如果我們談論最快的柴油車汽車，那麼 2006 年，在博納維爾鹽沙漠，JCB Dieselmax 原型車打破了速度記錄。 這輛車加速到每小時563公里。 該車的動力裝置配備了共軌燃油軌。
使用柴油發動機的優點和缺點
如果您選擇正確的燃料和油，那麼無論天氣條件如何，設備都會穩定啟動。 您可以根據製造商的建議檢查在這種情況下應使用哪些液體。
使用固體燃料的動力裝置與汽油動力裝置的不同之處在於效率高。 每個新型號的噪音都變得更小（並且聲音不會因為排氣系統而減弱，而是因為發動機本身的特性），變得更加強大和高效。 以下是柴油的好處：
- 經濟。 與傳統的汽油內燃機相比，任何具有相同體積的現代柴油發動機都會消耗更少的燃料。 該裝置的效率是通過空氣-燃料混合物的燃燒特性來解釋的，特別是如果燃料系統是蓄能器類型（共軌）。 2008年，BMW5和豐田普銳斯（一種以效率著稱的混合動力車，但使用汽油）之間進行了一場經濟性競爭。 在倫敦到日內瓦的距離上，重了 200 公斤的寶馬每升燃油消耗近 17 公里，混合動力車平均行駛 16 公里。 事實證明，柴油車行駛 985 公里耗油約 58 升，混合動力車耗油近 62 升。 如果您認為與純汽油車相比，混合動力車能夠節省相當多的錢。 再加上這些類型的燃料成本的微小差異，我們就可以獲得額外的新零件或汽車維護費用。
- 高扭矩。 由於VTS的噴射和燃燒特性，即使在低速時，發動機也能表現出足以移動車輛的動力。 儘管許多現代汽車都配備了穩定性控制和其他穩定汽車的系統，但柴油允許駕駛員在不提高速度的情況下換檔。 這使得駕駛更加輕鬆。
- 現代柴油內燃機的一氧化碳排放量極低，使此類汽車與汽油動力汽車相當（在某些情況下甚至更高）。
- 由於柴油的潤滑特性，該裝置更耐用，使用壽命長。 此外，其優勢還在於製造商在製造過程中使用了更耐用的材料，加強了電機及其零件的設計。
- 在高速公路上，柴油車的動力性能與汽油車幾乎沒有區別。
- 由於柴油不易燃燒，因此這種汽車更安全 - 火花不會引起爆炸，因此軍事裝備通常配備柴油裝置。
儘管效率很高，但柴油發動機有幾個缺點：
- 舊汽車配備的發動機有一個完整的室，因此它們非常吵，因為 VTS 的燃燒會伴隨劇烈的衝擊。 為了降低該裝置的噪音，它必須有一個單獨的室和一個提供多級柴油噴射的儲存燃料系統。 這種修改是昂貴的，為了修復這樣的系統，您需要尋找合格的專家。 而且，自2007年以來，現代燃料使用的硫較少，因此排出的廢氣中沒有難聞的臭雞蛋味。
- 收入高於平均水平的駕駛者可以購買和維護現代柴油汽車。 為此類車輛尋找零件的過程很複雜，只是因為它們的成本很高，但便宜的零件往往質量很差，這可能會導致車輛迅速損壞。
- 柴油的清洗效果很差，因此您在加油站需要格外小心。 有經驗的駕車者建議使用一次性手套，因為即使徹底洗手後，手上的柴油氣味也不會消失很長時間。
- 在冬天，汽車內部需要更長的預熱時間，因為發動機並不急於散發熱量。
- 該裝置的裝置包括大量附加零件，使維修變得複雜。 因此，需要復雜的現代化設備進行調整和維修。
要決定動力裝置，您首先需要決定汽車將在哪種模式下運行。 如果汽車經常行駛很長的距離，那麼柴油是最好的選擇，因為它可以節省一點燃油。 但對於短途旅行來說，它是無效的，因為不可能節省體面的費用，而且您將不得不在維護上花費比在汽油機上更多的費用。
評測結束後，我們提供柴油機工作原理的視頻報告：
