柴油发动机：工作特点
在引擎盖下，现代汽车将具有三种动力单元之一。 它是汽油，电动或柴油发动机。 我们已经讨论了工作原理和以汽油为动力的电动机的装置。 在另一篇文章中.
现在，我们将重点关注柴油发动机的特性：其组成部分，与汽油类似物的区别，并考虑在不同条件下启动和运行该内燃机的特性。
什么是柴油车发动机
首先，一点理论。 柴油发动机是一种看起来与汽油发动机相同的活塞式动力装置。 他的布多瓦实际上也不会有所不同。
它主要包括：
- 气缸体。 这是单位的身体。 在其中进行操作所需的孔和腔。 外壁具有冷却套（在组装好的电动机中充满液体的空腔，以冷却壳体）。 在中心部分开有称为圆柱的主孔。 他们燃烧燃料。 此外，在块的设计中，还存在用于使用块本身和其头部的销进行连接的孔，气体分配机构位于该孔中。
- 带有连杆的活塞。 这些元件的设计与汽油发动机的设计相同。 唯一的区别是，活塞和连杆的耐用性更高，可以承受较高的机械负载。
- 曲轴 柴油发动机配备有曲轴，该曲轴的设计与使用汽油运行的内燃机的曲轴类似。 唯一的区别是制造商在对电动机进行特定修改时使用了该零件的哪种设计。
- 平衡轴。 小型发电机通常使用单缸柴油。 它以推挽原理工作。 由于它具有一个活塞，因此在燃烧HTS时会产生强烈的振动。 为了使电动机平稳运行，单缸单元的装置中包括一个平衡轴，该平衡轴可补偿机械能的突然跳跃。
如今，由于引入了创新技术使柴油车能够满足环保标准和老练驾驶者的需求，柴油车也越来越受欢迎。 如果说以前的柴油机主要是通过货运来接收的，那么今天的乘用车通常都装有这种发动机。
据估计，在美国销售的每XNUMX辆汽车中，有将近有XNUMX辆将使用重质燃油。 至于欧洲，柴油发动机在该市场上更受欢迎。 引擎盖下出售的汽车中，几乎有一半具有这种类型的电动机。
请勿在柴油发动机中为汽油加油。 它依靠自己的燃料。 柴油是一种油性可燃液体，其成分类似于煤油和取暖油。 与汽油相比，这种燃料的辛烷值更低（此参数的详细说明 在另一则评论中），因此，其点火是根据与汽油燃烧不同的原理进行的。
对现代设备进行了改进，以使其消耗更少的燃料，在运行期间产生更少的噪音，废气中所含的有害物质更少，并且运行尽可能简单。 为此，大多数系统是由电子设备控制的，而不是由不同的机制控制的。
为了使带有柴油发动机的轻型车辆达到较高的环境标准，它配备了附加系统，以确保更好地燃烧空气-燃料混合物并使用此过程中释放的所有能量。
最新一代的某些车型会使用所谓的清洁柴油。 该概念描述了排气几乎与汽油燃烧产物相同的车辆。
此类系统的列表包括：
- 进气系统。 根据单元的设计，它可以包含多个进气门。 它们的目的是确保空气的供应并形成正确的流动涡流，这使得可以在内燃机的不同操作模式下将柴油燃料与空气更好地混合。 当发动机启动并以低转速运行时，这些风门将关闭。 转速增加后，这些元素就会打开。 这种机制使您可以减少没有时间燃烧的一氧化碳和碳氢化合物的含量，而这些燃烧通常是在低速下发生的。
- 动力提升系统。 增加内燃机功率的最有效方法之一是在进气道上安装涡轮增压器。 在某些现代运输模型中，安装了可改变内部路径几何形状的涡轮机。 还有一种涡轮复合系统，其描述如下 这里.
- 启动优化系统。 与汽油发动机相比，这些电动机在运行条件方面更加反复无常。 例如，冷的内燃机在冬天起动时会变差，并且如果没有预热就根本无法开始进行严重霜冻的旧改进。 为了使在这种情况下可能或尽可能快地启动，汽车会接受预启动加热。 为此，在每个气缸（或进气歧管）中安装了一个电热塞，该电热塞加热空气的内部容积，因此，其压缩过程中的温度完全达到了柴油可自行点燃的指示器。 一些车辆可能具有在燃料进入汽缸之前加热燃料的系统。
- 排气系统。 它旨在减少废气中的污染物量。 例如，排气流通过 微粒过滤器中和未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物。 谐振器和主消音器中会发生排气阻尼，但是在现代发动机中，排气流量从一开始就已经是均匀的，因此一些驾车者会购买主动的汽车排气（有关该设备的报告已进行了描述 这里)
- 气体分配系统。 出于与汽油版本相同的目的，它是必需的。 当活塞达到适当的行程时，入口阀或出口阀应及时打开/关闭。 正时装置包括凸轮轴和其他重要部件 及时执行电机各相 （进气或排气）。 柴油机中的气门得到了加强，因为它们的机械和热负荷增加了。
- 废气再循环。 该系统通过冷却一些排气并将其返回进气歧管，提供了氮氧化物的完全去除。 根据设备的设计，本设备的操作可能有所不同。
- 燃油系统。 根据内燃机的设计，该系统可能会略有变化。 主要元件是高压燃油泵，该燃油泵增加了燃油压力，因此，在高压缩率下，喷射器能够将柴油燃料喷射到气缸中。 柴油系统的最新发展之一是CommonRail。 稍后，我们将仔细研究其结构。 它的独特之处在于，它允许您在特殊的油箱中积累一定量的燃油，以便在喷嘴上稳定，平稳地分配燃油。 电子控制类型允许您使用不同的喷射模式，以在不同的发动机转速下实现最大效率。
- 涡轮增压器。 在标准电动机中，在排气歧管上安装了特殊的机构，旋转叶片位于两个不同的空腔中。 主叶轮由废气流驱动。 旋转轴同时激活属于进气道的第二叶轮。 当第二元件旋转时，进气系统中的新鲜空气压力增加。 结果，更多的体积进入气缸，这增加了内燃机的功率。 某些汽车上已安装了涡轮增压器，而不是传统的涡轮机，该涡轮增压器已经由电子设备提供动力，无论机组速度如何，都可以增加空气流量。
在技术上，柴油机与汽油机的区别在于混合气的燃烧。 在标准汽油机的情况下，燃料通常在进气歧管中混合（某些现代改装具有直接喷射）。 柴油只能通过将柴油直接喷入气缸中来工作。 为防止BTS在压缩过程中过早点燃，必须在活塞准备开始执行工作冲程的冲程时混合BTS。
燃油系统装置
燃油系统的工作量减少了，可以在适当的时候供应所需量的柴油。 在这种情况下，喷嘴中的压力应大大超过压缩比。 柴油机的压缩比远高于汽油机的压缩比。
此外，我们建议您阅读有关 什么是压缩率和压缩率... 这种燃油供应系统，尤其是现代设计的燃油系统，是机器中最昂贵的元件之一，因为其零件确保了设备的高精度。 该系统的维修非常困难且昂贵。
这些是燃油系统的主要元素。
TNVD
任何燃油系统都必须配备泵。 该机构从油箱中吸取柴油，并将其泵入燃油回路。 为了使汽车在燃油消耗方面更经济，其供应采用电子控制。 控制单元对踩下油门踏板和发动机的运行模式作出反应。
当驾驶员踩下油门踏板时，控制模块会独立确定需要增加多少燃油量，改变进气时间。 为此，在工厂将大量算法组合到ECU中，从而可以在每种情况下激活必要的机制。
燃油泵在系统中产生恒定压力。 该机制基于柱塞对。 详细描述了它是什么以及它如何工作。 另... 在现代燃料系统中，使用分配泵。 它们尺寸紧凑，在这种情况下，无论装置的运行模式如何，燃料的流动都将更加均匀。 您可以阅读有关此机制工作的更多信息。 这里.
吸嘴
当空气已经在气缸中压缩时，该部分允许将燃油直接雾化到气缸中。 尽管该过程的效率直接取决于燃料的压力，但是雾化器本身的设计非常重要。
在喷嘴的所有变型中，有两种主要类型。 它们在喷涂过程中产生的割炬类型不同。 有一个类型或多点雾化器。
该部件安装在汽缸盖中，其雾化器位于燃烧室内，燃料与热空气混合并自燃。 考虑到高的热负荷以及针的往复运动的频率，使用耐热材料来制造喷嘴雾化器。
燃油滤清器
由于高压燃油泵和喷射器的设计包含许多零件，这些零件的间隙非常小，而且它们本身必须得到良好的润滑，因此对柴油的质量（纯度）提出了很高的要求。 因此，该系统包含昂贵的过滤器。
每种类型的引擎都有自己的燃油滤清器，因为所有类型的引擎都有自己的吞吐量和过滤度。 除了清除异物外，该元件还必须清除水中的燃料。 这是在罐中形成并与可燃材料混合的冷凝物。
为了防止水在集水槽中积聚，过滤器中经常有一个排水孔。 有时会在燃油管路中形成气闸。 要删除它，某些型号的过滤器配有小型手动泵。
在某些汽车模型中，安装了特殊的设备，可以加热柴油。 在冬季，这种燃料经常会结晶，形成石蜡颗粒。 取决于此，过滤器是否能够将燃料充分地传递到泵，这在寒冷时提供了内燃机的容易启动。
的操作原理
柴油内燃机的运行基于与在汽油机中一样在室内燃烧的空气-燃料混合物膨胀的相同原理。 唯一的区别是，混合物不是通过火花塞产生的火花（柴油发动机根本没有火花塞）被点燃，而是由于强烈压缩而将一部分燃料喷入热介质中。 活塞如此强烈地压缩空气，以使腔体加热到大约700度。 喷嘴一旦使燃料雾化，便会点燃并释放所需的能量。
与汽油机一样，柴油机也有两种主要类型的二冲程和四冲程。 让我们考虑一下它们的结构和操作原理。
四冲程循环
最常见的是四冲程汽车。 这是这样一个单元工作的顺序：
- 进口。 当曲轴转弯时（当发动机启动时，这是由于启动器的操作而发生的；而当发动机运转时，由于相邻气缸的作用，活塞会执行此冲程），活塞开始向下移动。 这时，进气阀打开（可以是一个或两个）。 新鲜的空气通过开孔进入气缸。 在活塞到达下止点之前，进气门保持打开状态。 这样就完成了第一个措施。
- 压缩。 随着曲轴进一步旋转180度，活塞开始向上移动。 此时，所有阀门均关闭。 气缸中的所有空气均被压缩。 为了防止其进入子活塞空间，每个活塞都有几个O形圈（详细介绍了其装置 这里）。 当我们移到上止点时，由于压力的急剧增加，气温上升到几百度。 当活塞处于最高位置时，冲程结束。
- 工作行程。 当阀门关闭时，喷油器输送一小部分燃料，由于高温，该燃料立即点燃。 有一些燃料系统将这一小部分分成几个较小的部分。 电子设备可以激活此过程（如果由制造商提供），以提高内燃机在不同运行模式下的效率。 随着气体膨胀，活塞被推至下止点。 到达BDC时，循环结束。
- 释放。 曲轴的最后一转使活塞再次上升。 此时，排气门已经打开。 通过该孔，气流被除去到排气歧管，再通过它进入排气系统。 在某些发动机工作模式下，进气门也可能会略微打开，以改善气缸通风。
曲轴旋转一圈，在一个气缸中执行两个冲程。 任何活塞发动机都根据该方案运行，而不管燃料的类型如何。
二冲程循环
除了四冲程外，还有两冲程的改进。 它们与以前的版本不同之处在于，在一个活塞冲程中执行了两个冲程。 由于二冲程气缸体的设计特点，因此可以进行这种修改。
这是二冲程电机的剖视图：
从图中可以看出，当活塞在点燃混合气后移至下止点时，它首先打开了排气所处的出口。 再过一会，进气口打开，由于该腔室充满了新鲜空气，并对气瓶进行了吹扫。 由于柴油被喷入压缩空气中，因此在清除腔室时柴油不会进入排气系统。
与以前的修改相比，二冲程的功率高1.5-1.7倍。 但是，四冲程对应的扭矩增加了。 尽管具有高功率，但是二冲程内燃发动机具有一个明显的缺点。 与四冲程单元相比，其调整效果较小。 因此，它们在现代汽车中很少见。 通过提高曲轴速度来强制这种类型的发动机是相当复杂且无效的过程。
在柴油发动机中，有许多用于不同类型车辆的有效选择。 霍夫鲍尔（Hofbauer）发动机是现代拳击手型二冲程发动机之一。 你可以读到他 另.
柴油机类型
除了使用二次系统的功能外，柴油发动机在结构上也有所不同。 基本上，在燃烧室的结构中观察到这种差异。 根据部门的几何形状，这是它们的主要分类：
- 不可分割的相机。 此类的另一个名称是直接注射。 在这种情况下，柴油燃料喷射到活塞上方的空间中。 这些发动机需要特殊的活塞。 在其中形成特殊的凹坑，这些凹坑形成燃烧室。 通常，此类修改用于工作量较大的单位（如何计算，阅读 另），并且不会产生很高的营业额。 转速越高，电动机的噪音和振动就越大。 通过使用电子控制的注射泵，可以确保此类单元的更稳定运行。 这样的系统能够提供两次燃料喷射，以及优化VTS的燃烧过程。 由于使用了该技术，这些电动机在高达4.5转的情况下仍可稳定运行。
- 独立的腔室。 大多数现代动力总成都使用这种燃烧室的几何形状。 在汽缸盖中设有一个单独的腔室。 它具有特殊的几何形状，在压缩冲程期间会形成漩涡。 这样可以使燃料与空气更有效地混合，并更好地燃烧。 在这种设计中，由于气缸中的压力平稳建立，没有突然的抽动，因此发动机运转更平稳，噪音更少。
发射情况如何
这种电动机的冷启动值得特别注意。 由于车体和进入气缸的空气是冷的，因此当压缩该部分时，它不能充分加热以使柴油燃料着火。 以前，在寒冷的天气里，他们用喷灯进行战斗-他们加热了发动机本身和燃油箱，以使柴油和机油变暖。
另外，在寒冷的时候，柴油会变稠。 这类燃料的制造商已经开发了夏季和冬季等级。 在第一种情况下，柴油燃料不再以-5度的温度泵送通过过滤器和管道。 冬季柴油不会失去其流动性，并且不会在-45度结晶。 因此，当使用适合本季节的燃料和机油时，启动现代汽车不会有任何问题。
在现代汽车中，有预热系统。 这种系统的要素之一是电热塞，该电热塞通常安装在喷油区域的气缸盖中。 描述了有关此设备的详细信息 这里... 简而言之，它提供了快速发光，可为发射准备ICE。
根据蜡烛的型号，它可以加热到近800度。 此过程通常需要几秒钟。 发动机预热充分后，仪表板上的螺旋指示器开始闪烁。 为了使电动机稳定运行直至达到工作温度，这些蜡烛会继续加热进入的空气约20秒钟。
如果汽车配备了发动机启动按钮，则驾驶员无需导航指示器，而等待何时启动启动器。 按下按钮后，电子设备将独立等待加热气缸中空气所需的时间。
关于车厢内部的加热，许多驾驶者注意到，冬季加热的速度比汽油加热的速度慢。 原因是单元的效率不允许其快速加热。 对于那些想坐已经暖和的汽车的人，有一些用于远程启动内燃机的系统。
另一个选择是机舱预热系统，其设备仅使用柴油来加热机舱。 此外，它会加热冷却液，这将在将来内燃机预热时提供帮助。
涡轮增压和通用轨道
传统电动机的主要问题是所谓的涡轮坑。 这是单元对踩踏板的反应较慢的结果-驾驶员踩油门，内燃机似乎想了一会儿。 这是由于这样的事实，即，仅在某些发动机转速下，废气流才激活标准涡轮的叶轮。
涡轮柴油机单元使用涡轮增压器代替标准涡轮机。 描述了有关此机制的详细信息 在其他人у第二篇，但总而言之，它为气缸提供了额外的空气量，因此即使在低转速时也可以释放出体面的动力。
然而，涡轮柴油机也具有明显的缺点。 电动压缩机的使用寿命短。 平均而言，此期间的汽车行驶里程约为150万公里。 原因是该机制在不断增加的热应力条件下以及在持续高速下始终处于工作状态。
维护该设备仅是为了让机器的所有者始终遵守制造商关于机油质量的建议。 如果涡轮增压器发生故障，则应更换而不是修理。
许多现代汽车都配备了通用导轨燃油系统。 关于她的详细描述 另... 如果可以选择对汽车进行这种改装，则该系统允许您以脉冲模式优化燃油供应，这对内燃机的效率有积极的影响。
这是这种电池燃料系统的工作方式：
- 在活塞到达TDC之前20度，喷油器喷射了燃料主要部分的5％到30％。 这是预注射。 它形成初始火焰，因此，气缸中的压力和温度会平稳增加。 该过程减少了单元部件上的冲击负荷，并确保了更好的燃料燃烧。 这种预喷油用于环保性能符合Euro-3标准的发动机。 从第4个标准开始，在内燃机中执行多阶段预喷射。
- 燃料的主要部分的第一部分在活塞的TDC位置之前2度被供应。 该过程以与没有燃料轨但没有压力波动的常规柴油发动机相同的方式进行，因为在此阶段由于柴油的初始部分的燃烧它已经很高。 该电路可以减少电动机噪声。
- 有一会儿，燃料供应停止了，所以这部分被完全烧掉了。
- 接下来，喷射燃料部分的第二部分。 由于这种分离，整个部分被燃烧到最后。 另外，气缸的工作时间比经典设备更长。 这导致以最小的消耗和低的排放获得高扭矩。 另外，在内燃机中也不会发生冲击，因此不会产生很大的噪音。
- 在出口阀打开之前，喷射器执行后喷射。 这就是剩下的燃料。 它已经在排气道中着火了。 一方面，这种燃烧方法从排气系统内部去除了烟灰，另一方面，它增加了涡轮增压器的功率，从而使涡轮滞后现象得以消除。 符合欧5环保标准的设备也使用类似的步骤。
如您所见，存储燃料系统的安装允许多脉冲燃料的供应。 因此，柴油机的几乎所有特性都得到了改善，这使其动力可以更接近汽油机。 而且，如果在汽车上安装了涡轮增压器，则该工具可以提供优于汽油的发动机。
现代涡轮柴油机的这一优势使得增加柴油乘用车的普及成为可能。 顺便说一句，如果我们谈论的是配备柴油机的最快汽车，那么2006年在邦纳维尔盐沙漠，一架JCB Dieselmax原型车的速度记录就打破了。 这辆车加速到每小时563公里。 该汽车的动力装置配备了通用导轨燃油导轨。
使用柴油机的优缺点
如果选择正确的燃料和机油，则无论天气情况如何，设备都将稳定启动。 您可以根据制造商的建议检查在这种情况下应使用哪种液体。
固体燃料动力装置在效率上与汽油动力装置不同。 每种新车型的噪音都更少（排气系统的声音减弱程度不大，而引擎本身的功能则使声音减弱），功能更强大，效率更高。 这些是柴油发动机的优点：
- 经济实惠。 与传统的汽油发动机相比，任何具有相同体积的现代柴油发动机都将消耗更少的燃料。 该装置的效率是由空气-燃料混合物燃烧的特性来解释的，特别是如果燃料系统是蓄能器类型（共轨）。 2008 年，BMW5 和丰田普锐斯（一种以经济着称但使用汽油的混合动力车）之间发生了经济竞争。 在伦敦-日内瓦的距离上，一辆重 200 公斤的宝马每升燃料消耗近 17 公里，而混合动力车平均每升燃料消耗 16 公里。 事实证明，985 公里的柴油车花费约 58 升，混合动力车 - 近 62 升。 此外，如果您认为与纯汽油车相比，混合动力车能够节省可观的钱。 我们在这些类型的燃料成本上增加了一个小差额，并且我们获得了额外的新备件或汽车维护费用。
- 高扭矩。 由于BTC的喷射和燃烧的特殊性，即使在降低速度的情况下，发动机也显示出足以使车辆行驶的动力。 尽管许多现代汽车都配备了稳定控制系统和其他可稳定汽车运行的系统，但柴油发动机允许驾驶员在不提高转速的情况下改变速度。 这使驾驶更加轻松。
- 现代柴油内燃发动机提供的一氧化碳排放量极少，使这种汽车与汽油机处于同一水平（在某些情况下甚至更高）。
- 由于柴油的润滑特性，该装置更加耐用，使用寿命长。 同样，其强度是由于以下事实：制造商在制造过程中使用了更耐用的材料，从而增强了电动机及其零件的设计。
- 在赛道上，柴油车在动力方面几乎与汽油类似物没有区别。
- 由于柴油燃料燃烧的意愿较低，因此这种汽车更安全-火花不会引起爆炸，因此，军事装备通常配备了柴油装置。
尽管效率很高，但柴油发动机仍具有一些缺点：
- 老式汽车配备的发动机内没有独立的腔室，因此噪音很大，因为VTS的燃烧时会产生剧烈的颠簸。 为了降低设备的噪音，它必须具有一个独立的腔室和一个可提供多级柴油喷射的储油系统。 这样的修改很昂贵，并且为了修复这样的系统，您需要寻找合格的专家。 另外，自2007年以来，在现代燃料中，硫的使用量减少了，因此废气中不会有难闻的臭鸡蛋味。
- 收入高于平均水平的驾驶者可以购买和维护现代柴油汽车。 对于这种车辆的零件的搜索仅因其成本而变得复杂，但是便宜的零件通常质量较差，这可能导致该单元快速故障。
- 柴油燃料的洗涤不良，因此在加油站需要格外小心。 有经验的驾车人士建议使用一次性手套，因为即使经过彻底洗手，手上的柴油气味也不会长时间消失。
- 在冬天，由于发动机不急于散发热量，因此汽车内部的加热需要更长的时间。
- 该装置的设备包括大量的附加部件，这使维修变得复杂。 因此，需要先进的现代化设备进行调整和维修。
要确定动力单元，您首先需要确定汽车将以哪种模式运行。 如果汽车经常行驶很远的距离，那么柴油是最好的选择，因为它将提供节省燃油的机会。 但是对于短途旅行，它是无效的，因为您将无法节省很多钱，并且您将不得不在维护上花费比在汽油装置上更多的花销。
在审查结束时，我们提供了有关柴油发动机工作原理的视频报告：
