Режимы работы дизельного двигателя

Пуск

При пуске двигателя стартером прокручивается кривошипно-шатунный механизм, в цилиндрах происходит воспламенение смеси и обороты коленвала увеличиваются до холостого хода. Из-за сжатия, воздух нагревается и воспламеняет дизельное топливо (минимальная температура для воспламенения составляет 250 С). Минимальная температура должна быть гарантирована при низкой частоте вращения коленвала, а также низкой температуре окружающей среды (в зимний период) и низкой температуре охлаждающей жидкости (холодный двигатель).

Существенно осложняют быстрый пуск следующие причины:

• низкая частота вращения коленвала влияет на понижение конечного давления сжатия и понижение температуры. Причина этого — утечки заряда в зазорах поршневых колец между поршнем и стенкой цилиндра. И из-за первоначальной масляной пленки, которая ещё не успела образоваться. Во время сжатия, максимум температуры приходится на угол за несколько градусов до угла термодинамических потерь.

• потеря тепла на такте сжатия на холодном двигателе. Высокие теплопотери у двигателей с разделенными камерами сгорания (из-за большой поверхности камер);

• повышение трения в кривошипно-шатунном механизме из-за вязкости масла при низкой температуре;

• падающее (на холоде) напряжение аккумулятора влияет на снижение частоты вращения вращения стартера;

• образование парафина в топливе, при использовании его в погодных условиях с низкой температурой (зима).

Решение проблем с топливом

Проблему образования кристаллов парафина можно решить подогревом топлива или фильтра. Или можно (а лучше — желательно) использовать топливо, предназначенное специально для зимнего времени года.

Системы предвпускного подогрева

При впрыске топлива облегчение пуска дизеля осуществляется за счет подогрева воздуха во впускном тракте (грузовые автомобили) или свечами накаливания (легковые автомобили). В двигателях с разделенными камерами сгорания применяются свечи накаливания. Это способствует облегчению испарения топлива и надежному воспламенению. Свечи накаливания предварительно нагреваются за несколько секунд, это обеспечивает быстрый пуск. Последнее поколение свечей имеют низкую температуру нагретого состояния, и это позволяет дольше сохранять им температуру. За счет этого снижается эмиссия ОГ и уровень шума работающего прогретого двигателя.

Изменение параметров впрыскивания

Для облегчения пуска должны быть соблюдены несколько условий: 

1. увеличение стартовой цикловой подачи топлива для повышения крутящего момента и компенсации потерь на утечки и конденсат. 

2. ранний момент начала впрыска для облегчения воспламенения в ВМТ поршня при максимальной температуре конца сжатия. 

Момент начала впрыска важно установить максимально точно. Если топливо впрыснуто рано, то оно оседает на холодных стенках цилиндра и испаряется только малое количество, так как температура заряда воздуха еще низкая. При позднем впрыске топливо воспламеняется на такте расширения, и поршень имеет слишком малое ускорение. 

Для качественного своевременного распыления топлива и его распределения по камере системой впрыска должна соблюдаться дисперсность (минимальный размер распыляемых частиц топлива) для быстрого смесеобразования.

Нулевая нагрузка

Нулевая нагрузка — это все рабочие режимы двигателя, при которых крутящий момент не развивается, а двигатель при этом преодолевает только своё внутреннее трение, педаль газа может занимать любое положение, также как и частота вращения коленвала (до срабатывания ограничителя частоты вращения) может быть любой.

Холостой ход

Этот режим подразумевает минимальную частоту вращения коленвала при нулевой нагрузке.

Педаль газа при этом в свободном состоянии. Двигатель не производит крутящий момент, а преодолевает только внутреннее трение. Максимальная частота вращения коленвала при нулевой нагрузке называют максимальной частотой вращения коленвала на холостом ходу.

Полная нагрузка

Педаль газа полностью нажата. В стационарном режиме работы двигатель развивает максимальный крутящий момент. В нестационарном режиме (с ограничением давления наддува) двигатель выдает максимально возможный (ниже по сравнению со стационарным режимом) крутящий момент, доступен весь диапазон частоты вращения — от холостого хода до максимально допустимого значения.

Частичная нагрузка

Охватывает промежуток между нулевой и полной нагрузкой. Крутящий момент, при этом, между нулевым и максимально возможным значением.

Частичная нагрузка в режиме холостого хода

Частота вращения холостого хода поддерживается регулятором. Значение крутящего момента может доходить до максимального.

Нижняя область частичных нагрузок

При низкой частоте вращения коленвала температура сжатия мала. Тепловыделение и повышение температуры не велики и камера сгорания остается холодной и её разогрев происходит медленно. При маленькой нагрузке и предварительном впрыске за один цикл в камеру сгорания подается несколько кубических миллиметров топлива. Как и при пуске, максимальная температура сгорания возникнет только в верхней мертвой точке поршня. 

Момент начала впрыска должен определяться с высокой точностью. Во время задержки воспламенения, нужно малую часть подачи из всего цикла, так как количество топлива в камере сгорания определяет скорость повышения давления в цилиндре. 

Шум сгорания зависит от повышения давления. Предварительный впрыск топлива сведет задержку воспламенения к нулю и шум от сгорания уменьшится.

Принудительный холостой ход

В этом режиме двигатель приводится трансмиссией (при движении под уклон).

Стационарный режим

Крутящий момент равен требуемому, частота вращения коленвала — неизменна.

Нестационарный режим

Крутящий момент не соответствует нужному. Частота вращения коленвала изменяется.

Переход между режимами

При изменении нагрузки, частоты вращения, педали газа изменяется и работа двигателя.