ดีเซลคืออะไร? หลักการทำงาน อุปกรณ์ และลักษณะทางเทคนิคของเครื่องยนต์ดีเซล

2024 ผู้เขียน: Erin Ralphs | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-19 19:27

เครื่องยนต์ดีเซลมีมากในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล หลายรุ่นมีตัวเลือกอย่างน้อยหนึ่งตัวเลือกในกลุ่มเครื่องยนต์ และนี่คือโดยไม่คำนึงถึงรถบรรทุก รถประจำทาง และอุปกรณ์ก่อสร้าง ซึ่งใช้ได้ทุกที่ ต่อไปเราจะพิจารณาว่าเครื่องยนต์ดีเซลคืออะไร การออกแบบ หลักการทำงาน คุณลักษณะ

คำจำกัดความ

หน่วยนี้เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ ซึ่งการทำงานจะขึ้นอยู่กับการจุดไฟเองของเชื้อเพลิงที่เป็นอะตอมจากการให้ความร้อนหรือการบีบอัด

คุณสมบัติการออกแบบ

เครื่องยนต์เบนซินมีองค์ประกอบโครงสร้างเหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซล รูปแบบการทำงานโดยรวมก็คล้ายกัน ความแตกต่างอยู่ในกระบวนการก่อตัวของส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงและการเผาไหม้ นอกจากนี้ เครื่องยนต์ดีเซลยังเป็นชิ้นส่วนที่ทนทานกว่าอีกด้วย นี่เป็นเพราะอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์เบนซินประมาณสองเท่า (19-24 เทียบกับ 9-11)

การจำแนก

ตามการออกแบบของห้องเผาไหม้ เครื่องยนต์ดีเซลจะแบ่งออกเป็นตัวเลือกต่าง ๆ โดยมีห้องเผาไหม้แยกต่างหากและแบบฉีดตรง

ในตอนแรกในกรณีนี้ ห้องเผาไหม้จะถูกแยกออกจากกระบอกสูบและเชื่อมต่อด้วยช่องสัญญาณ เมื่อบีบอัด อากาศที่เข้าสู่ห้องประเภทน้ำวนจะบิดเบี้ยว ซึ่งช่วยปรับปรุงการก่อตัวของส่วนผสมและการจุดไฟในตัวเอง ซึ่งเริ่มต้นที่นั่นและดำเนินต่อไปในห้องหลัก เครื่องยนต์ดีเซลประเภทนี้เคยพบเห็นได้ทั่วไปในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล เนื่องจากมีความโดดเด่นด้วยระดับเสียงที่ต่ำกว่าและช่วงรอบที่กว้างจากตัวเลือกที่กล่าวถึงด้านล่าง

ในเครื่องยนต์ดีเซลแบบไดเร็คอินเจ็กชั่น ห้องเผาไหม้จะอยู่ในลูกสูบ และเชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังช่องเหนือลูกสูบ การออกแบบนี้เดิมใช้กับเครื่องยนต์ปริมาณมากความเร็วต่ำ โดดเด่นด้วยเสียงและการสั่นสะเทือนในระดับสูงและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ ต่อมา ด้วยการถือกำเนิดของปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันสูงที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และกระบวนการเผาไหม้ที่เหมาะสมที่สุด นักออกแบบจึงบรรลุการทำงานที่เสถียรที่ช่วงสูงสุด 4500 รอบต่อนาที นอกจากนี้ยังเพิ่มประสิทธิภาพ ลดระดับเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน ในบรรดามาตรการลดความแข็งแกร่งของงานคือการฉีดล่วงหน้าหลายขั้นตอน ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ประเภทนี้จึงแพร่หลายในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา

ตามหลักการทำงาน เครื่องยนต์ดีเซลแบ่งออกเป็นสี่จังหวะและสองจังหวะ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์เบนซิน คุณลักษณะของพวกเขาจะกล่าวถึงด้านล่าง

หลักการทำงาน

เพื่อให้เข้าใจว่าเครื่องยนต์ดีเซลคืออะไรและอะไรเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติการทำงาน จำเป็นต้องพิจารณาหลักการทำงานการจำแนกประเภทเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบข้างต้นขึ้นอยู่กับจำนวนจังหวะที่รวมอยู่ในรอบการทำงาน ซึ่งจะแตกต่างไปตามขนาดของมุมการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง

ดังนั้น รอบการทำงานของเครื่องยนต์สี่จังหวะจึงมี 4 ระยะ

• ไอดี. เกิดขึ้นเมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนจาก 0 ถึง 180° ในกรณีนี้ อากาศจะผ่านเข้าไปในกระบอกสูบผ่านวาล์วทางเข้าที่เปิดอยู่ที่ 345-355 ° ในเวลาเดียวกันระหว่างการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงประมาณ 10-15 °วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้นซึ่งเรียกว่าคาบเกี่ยวกัน
• บีบอัด. ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นที่ 180-360 องศาอัดอากาศ 16-25 ครั้ง (อัตราส่วนการอัด) และวาล์วไอดีจะปิดที่จุดเริ่มต้นของจังหวะ (ที่ 190-210 องศา)
• จังหวะการทำงาน ขยาย. เกิดขึ้นที่ 360-540 ° ในช่วงเริ่มต้นของจังหวะ จนกว่าลูกสูบจะถึงจุดศูนย์กลางตายบน เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในอากาศร้อนและจุดไฟ นี่คือคุณลักษณะของเครื่องยนต์ดีเซลที่แยกความแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซินที่มีการจุดระเบิดล่วงหน้า ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาไหม้จะดันลูกสูบลง ในกรณีนี้ เวลาในการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเท่ากับเวลาที่หัวฉีดจ่ายเข้าไป และอยู่ได้ไม่เกินระยะเวลาของจังหวะการทำงาน นั่นคือในระหว่างขั้นตอนการทำงาน แรงดันแก๊สจะคงที่ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เครื่องยนต์ดีเซลมีแรงบิดมากขึ้น คุณสมบัติที่สำคัญของมอเตอร์ดังกล่าวก็คือต้องให้อากาศส่วนเกินในกระบอกสูบ เนื่องจากเปลวไฟกินพื้นที่ส่วนเล็กๆ ของห้องเผาไหม้ นั่นคือสัดส่วนของส่วนผสมอากาศกับเชื้อเพลิงต่างกัน
• ปล่อย. ที่การหมุนเพลาข้อเหวี่ยง 540-720° วาล์วไอเสียจะเปิดและลูกสูบจะเคลื่อนขึ้นเพื่อแทนที่ก๊าซไอเสีย

วัฏจักรสองจังหวะนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยเฟสที่สั้นลงและกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซในกระบอกสูบเดียว (การไล่ออก) ที่เกิดขึ้นระหว่างปลายจังหวะและจุดเริ่มต้นของการบีบอัด เมื่อลูกสูบเคลื่อนลง ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะถูกลบออกผ่านวาล์วไอเสียหรือหน้าต่าง (ในผนังกระบอกสูบ) ต่อมาเปิดหน้าต่างทางเข้าเพื่อให้อากาศบริสุทธิ์ เมื่อลูกสูบสูงขึ้น หน้าต่างทุกบานจะปิดลงและเริ่มอัด ก่อนถึง TDC เชื้อเพลิงจะถูกฉีดและจุดไฟ การขยายตัวจะเริ่มขึ้น

เนื่องจากความยากในการล้างห้องหมุนเหวี่ยง เครื่องยนต์สองจังหวะมีให้เฉพาะกับระบบฉีดตรงเท่านั้น

เครื่องยนต์ดังกล่าวมีสมรรถนะสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซลแบบสี่จังหวะ 1.6-1.7 เท่า การเจริญเติบโตนั้นมาจากการใช้จังหวะการทำงานบ่อยเป็นสองเท่า แต่ลดลงบางส่วนเนื่องจากขนาดที่เล็กกว่าและการเป่า เนื่องจากจำนวนครั้งของการตีเป็นสองเท่า รอบสองจังหวะจึงมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษหากไม่สามารถเพิ่มความเร็วได้

ปัญหาหลักของเครื่องยนต์เหล่านี้คือการขับออกเนื่องจากเครื่องยนต์มีระยะเวลาสั้น ซึ่งไม่สามารถชดเชยได้หากไม่ลดประสิทธิภาพโดยการทำให้ระยะชักสั้นลง นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกไอเสียและอากาศบริสุทธิ์ออกจากกันเนื่องจากส่วนหลังถูกกำจัดออกด้วยก๊าซไอเสีย ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยจัดเตรียมหน้าต่างไอเสียล่วงหน้า ในกรณีนี้ ก๊าซจะเริ่มถูกกำจัดออกก่อนการล้าง และหลังจากปิดทางออก กระบอกสูบจะเติมอากาศบริสุทธิ์เข้าไป

นอกจากนี้เมื่อการใช้กระบอกสูบเดียวมีปัญหาในการซิงโครไนซ์การเปิด / ปิดหน้าต่างดังนั้นจึงมีเครื่องยนต์ (PDP) ซึ่งแต่ละกระบอกสูบมีลูกสูบสองตัวเคลื่อนที่อยู่ในระนาบเดียวกัน ตัวหนึ่งควบคุมไอดี อีกตัวควบคุมไอเสีย

ตามกลไกการนำไปใช้ การล้างแบ่งออกเป็นช่อง (หน้าต่าง) และช่องวาล์ว ในกรณีแรก หน้าต่างทำหน้าที่เป็นช่องเปิดทางเข้าและทางออก ตัวเลือกที่สองเกี่ยวข้องกับการใช้มันเป็นพอร์ตไอดี และวาล์วในฝาสูบทำหน้าที่เป็นทางออก

โดยปกติดีเซลสองจังหวะใช้กับยานพาหนะหนัก เช่น เรือ หัวรถจักรดีเซล รถถัง

ระบบเชื้อเพลิง

อุปกรณ์เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลนั้นซับซ้อนกว่าเครื่องยนต์เบนซินมาก ทั้งนี้เนื่องมาจากข้อกำหนดที่สูงสำหรับความแม่นยำในการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงในแง่ของเวลา ปริมาณและแรงดัน ส่วนประกอบหลักของระบบเชื้อเพลิง - ปั๊มฉีด, หัวฉีด, ไส้กรอง

ระบบจ่ายเชื้อเพลิงควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ (Common-Rail) นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย เธอพ่นมันในสองนัด อันแรกมีขนาดเล็ก ทำหน้าที่เพิ่มอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ (ฉีดล่วงหน้า) ซึ่งช่วยลดเสียงและการสั่นสะเทือน นอกจากนี้ ระบบนี้จะเพิ่มแรงบิดที่ความเร็วต่ำ 25% ลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง 20% และปริมาณเขม่าในไอเสีย

เทอร์โบชาร์จเจอร์

กังหันใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ดีเซล นี่เป็นเพราะความดันของไอเสียสูงขึ้น (1.5-2) เท่าซึ่งหมุนกังหันซึ่งหลีกเลี่ยงเทอร์โบแล็กโดยให้บูสต์จากรอบต่อนาทีที่ต่ำกว่า

เริ่มเย็น

คุณสามารถพบรีวิวมากมายที่ดีเซลไม่สตาร์ทที่อุณหภูมิต่ำ ความยากลำบากในการสตาร์ทมอเตอร์ดังกล่าวในสภาพอากาศหนาวเย็นเกิดจากการที่ต้องใช้พลังงานมากกว่า เพื่อความสะดวกในกระบวนการ จึงมีการติดตั้งเครื่องอุ่นล่วงหน้า อุปกรณ์นี้แสดงโดยหัวเทียนที่วางอยู่ในห้องเผาไหม้ซึ่งเมื่อเปิดสวิตช์กุญแจจะทำให้อากาศร้อนในอากาศและทำงานต่อไปอีก 15-25 วินาทีหลังจากสตาร์ทเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของเครื่องยนต์เย็น ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ดีเซลจึงสตาร์ทที่อุณหภูมิ -30 … -25 ° C.

คุณสมบัติการบริการ

เพื่อความทนทานในการใช้งาน คุณจำเป็นต้องรู้ว่าเครื่องยนต์ดีเซลคืออะไรและจะบำรุงรักษาอย่างไร ความชุกของเครื่องยนต์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณาค่อนข้างต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินนั้นอธิบายได้ด้วยการบำรุงรักษาที่ซับซ้อนมากขึ้น

ประการแรก เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับระบบเชื้อเพลิงที่มีความซับซ้อนสูง ด้วยเหตุนี้ เครื่องยนต์ดีเซลจึงมีความอ่อนไหวอย่างยิ่งต่อปริมาณน้ำและอนุภาคเชิงกลในเชื้อเพลิง และการซ่อมแซมมีราคาแพงกว่ารวมทั้งเครื่องยนต์โดยรวม เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินในระดับเดียวกัน

ในกรณีของกังหัน ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพของน้ำมันเครื่องก็สูงเช่นกัน ทรัพยากรของมันมักจะ 150,000 กม. และมีราคาสูง

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ดีเซลควรเปลี่ยนน้ำมันเครื่องบ่อยกว่าเครื่องยนต์เบนซิน (2 เท่าตามมาตรฐานยุโรป)

เหมือนเดิมตั้งข้อสังเกตว่าเครื่องยนต์เหล่านี้มีปัญหาในการสตาร์ทเย็นเมื่อดีเซลไม่สตาร์ทที่อุณหภูมิต่ำ ในบางกรณี สาเหตุนี้เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงที่ไม่ถูกต้อง (ขึ้นอยู่กับฤดูกาล เครื่องยนต์ดังกล่าวจะใช้เกรดที่แตกต่างกันออกไป เนื่องจากเชื้อเพลิงในฤดูร้อนจะแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำ)

ประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ หลายคนไม่ชอบคุณสมบัติของเครื่องยนต์ดีเซลเช่น กำลังต่ำและช่วงความเร็วการทำงาน เสียงและการสั่นสะเทือนที่สูงขึ้น

เครื่องยนต์เบนซินมักจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องยนต์ดีเซลที่คล้ายกันในแง่ของประสิทธิภาพ รวมถึงความจุลิตร มอเตอร์ของประเภทที่เป็นปัญหาในเวลาเดียวกันมีเส้นโค้งแรงบิดที่สูงขึ้นและสม่ำเสมอ อัตราส่วนกำลังอัดที่สูงขึ้น ซึ่งให้แรงบิดมากกว่า บังคับให้ใช้ชิ้นส่วนที่แข็งแรงกว่า เนื่องจากหนักกว่า กำลังจึงลดลง นอกจากนี้ยังส่งผลต่อมวลของเครื่องยนต์และรถด้วย

ความเร็วรอบการทำงานที่น้อยเกิดจากการจุดระเบิดของเชื้อเพลิงนานขึ้น ส่งผลให้ไม่มีเวลาเผาผลาญเมื่อขับด้วยความเร็วสูง

ระดับเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นทำให้แรงดันในกระบอกสูบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วระหว่างการจุดระเบิด

ข้อดีหลักของเครื่องยนต์ดีเซลถือว่ามีแรงฉุดสูง มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การฉุดลาก กล่าวคือ แรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำ อธิบายได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงขณะฉีด ซึ่งให้การตอบสนองที่ดีขึ้นและทำให้ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพได้ง่ายขึ้น

เศรษฐกิจขับเคลื่อนโดยทั้งคู่การบริโภคต่ำและความจริงที่ว่าน้ำมันดีเซลมีราคาถูกกว่า นอกจากนี้ยังสามารถใช้น้ำมันหนักเกรดต่ำได้เนื่องจากไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความผันผวน และยิ่งน้ำมันเชื้อเพลิงหนักเท่าใด ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็จะยิ่งสูงขึ้น สุดท้ายนี้ ดีเซลใช้ส่วนผสมแบบลีนเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินและมีอัตราส่วนกำลังอัดสูง หลังให้การสูญเสียความร้อนน้อยลงด้วยก๊าซไอเสียนั่นคือมีประสิทธิภาพมากขึ้น มาตรการทั้งหมดนี้ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิง ดีเซล ต้องขอบคุณสิ่งนี้ ทำให้ใช้จ่ายน้อยลง 30-40%

เครื่องยนต์ดีเซลที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าก๊าซไอเสียมีปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ต่ำกว่า ซึ่งทำได้โดยการใช้ระบบทำความสะอาดที่ซับซ้อน ซึ่งขณะนี้เครื่องยนต์เบนซินได้มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมเดียวกันกับเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์ประเภทนี้ก่อนหน้านี้ด้อยกว่าน้ำมันเบนซินอย่างมากในเรื่องนี้

แอปพลิเคชัน

ตามที่ชัดเจนว่าเครื่องยนต์ดีเซลคืออะไรและมีลักษณะอย่างไร มอเตอร์ดังกล่าวจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับกรณีที่ต้องการแรงฉุดลากสูงที่รอบต่ำ ดังนั้นพวกเขาจึงติดตั้งรถโดยสาร รถบรรทุกและอุปกรณ์ก่อสร้างเกือบทั้งหมด สำหรับรถยนต์ส่วนบุคคล พารามิเตอร์ดังกล่าวมีความสำคัญที่สุดสำหรับรถ SUV เนื่องจากประสิทธิภาพสูง โมเดลในเมืองจึงติดตั้งมอเตอร์เหล่านี้ไว้ด้วย นอกจากนี้จะสะดวกกว่าในการจัดการในสภาวะดังกล่าว การทดลองขับดีเซลเป็นพยานถึงสิ่งนี้