Ciclul diesel

Ciclul Diesel este un ciclu termodinamic pentru motoarele cu ardere internă unde, spre deosebire de ciclul Otto , aprinderea amestecului nu are loc printr-o bujie, ci datorită temperaturii ridicate rezultate din faza de compresie. Include 4 etape sau transformări. Ideea acestui motor termic a fost făcută de Rudolf Diesel, care a dezvoltat ulterior motorul Diesel .

Ciclul termodinamic ideal al unui motor diesel .

Ciclul diesel

Ciclul Diesel constă din patru transformări:

1-2 transformare, transformare adiabatică : compresie (fără pierderi de căldură);
2-3 transformări , transformări reversibile izobarice : sistemul absoarbe căldura din ardere (fără pierderi de presiune);
Transformarea 3-4, transformarea adiabatică : expansiune;
Transformarea 4-1, transformare izocorică reversibilă : sistemul eliberează căldură degajând gazele de eșapament. ^[1]

Randament

Eficiența maximă a unui ciclu diesel depinde de raportul de compresie volumetric și de raportul de combustie volumetric.

$\eta _{\text{term}}=1-{\frac {1}{\rho ^{\kappa -1}}}\left({\frac {\tau ^{\kappa }-1}{\kappa (\tau -1)}}\right)$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ text {term}} = 1 - {\ frac {1} {\ rho ^ {\ kappa -1}}} \ left ({\ frac {\ tau ^ {\ kappa} -1 } {\ kappa (\ tau -1)}} \ right)}$ ${\ displaystyle \ eta _ {\ text {term}} = 1 - {\ frac {1} {\ rho ^ {\ kappa -1}}} \ left ({\ frac {\ tau ^ {\ kappa} -1 } {\ kappa (\ tau -1)}} \ right)}$

Unde este:

\eta _{\text{term}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {term}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ text {term}}}

este eficiența termică

\tau

{\ displaystyle \ tau}

\ tau

este raportul de combustie volumetric

{\frac {V_{3}}{V_{2}}}

{\ displaystyle {\ frac {V_ {3}} {V_ {2}}}}

{\ displaystyle {\ frac {V_ {3}} {V_ {2}}}}

(raportul dintre sfârșitul și începutul expansiunii volumetrice care are loc în timpul arderii)

\rho

{\ displaystyle \ rho}

\ rho

este raportul de compresie volumetric

{\frac {V_{1}}{V_{2}}}

{\ displaystyle {\ frac {V_ {1}} {V_ {2}}}}

{\ displaystyle {\ frac {V_ {1}} {V_ {2}}}}

\kappa

{\ displaystyle \ kappa}

{\ displaystyle \ kappa}

este raportul dintre căldurile specifice (C _p / C _v )

Componente și funcționare ale motorului diesel

Componente

Piese fixe :

Baza sau monobloc
Cap sau focos
Carter sau cupă
Colector de evacuare
Grup de supraalimentare ( turbină , compresor ), care poate să nu existe, dar este în prezent omniprezent

Piese mobile :

Piston
Biella
Arborele motorului
Arbore cu came
Distribuție
Pompa de curent alternativ sau pompa de curent alternativ
Alternator
Motor de pornire
Pompa de apă dulce sau sărată (numai motoare marine)
Schimbător de căldură
Pompa de injecție
Injector
Ei zboara
Supapă de presiune , numită Wastegate , atunci când aveți o turbină cu geometrie fixă
Pompă de ulei

Motor diesel în doi timpi

Este un motor care astăzi este folosit aproape exclusiv pentru propulsia navelor , ciclul său (admisie-compresie-expansiune-evacuare) se efectuează la 360 °, adică la o rotație a arborelui cotit exact ca la motoarele în doi timpi.

Fără cap cald (cu sens unic)

Ciclul termic al unui motor diesel unidirecțional în 2 timpi
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Spălare
B = Descărcare
C = compresie
D = Extindere

Principala caracteristică a ciclurilor de două până la Diesel este de a avea o deschidere de descărcare (numită lumină) în pereții cilindrului (ca la motoarele în doi timpi cu aprindere prin scânteie), această lumină este controlată de deschiderea și închiderea pasajului piston.

Datorită luminii, acest tip de motor nu poate crea vidul necesar pentru faza de admisie, prin urmare motorul este combinat cu o pompă (compresor volumetric sau turbocompresor) care introduce cantitatea de aer necesară pentru spălare și umplere în cilindru. cilindrul, adică înlocuirea gazelor arse cu aer pur. În general, evacuarea are loc printr-o supapă (mare sau prin mai multe supape) situată deasupra capului motorului, iar aerul de spălare este introdus printr-unul sau mai multe orificii situate la baza cilindrului.

Capul fierbinte

^[2]

Tractor cu motor diesel în doi timpi cu cap cald

Diferă de cea anterioară prin faptul că, pentru a introduce un aer nou, nu folosește o supapă cu butuc, ci orificiile de transfer care merg de la carter la cilindru, exact ca la motorul în doi timpi. Prin urmare, pe căptușeala cilindrului vor exista cel puțin două orificii, dintre care unul este pentru evacuare și unul pentru transfer. Motorul cu cap cald (numit și semi-diesel), spre deosebire de motorul Diesel în sine, nu poate funcționa prin autoaprinderea combustibilului doar prin compresie ( raportul de compresie este de fapt mai mic decât în Diesel), dar necesită o dispozitiv tehnic. De fapt, capul este proiectat în așa fel încât să aibă o parte neîncălzită care este întotdeauna menținută la o temperatură corespunzătoare celei de roșu închis. Combustibilul este injectat în această cavitate (numită cap fierbinte) unde se aprinde prin contactul cu pereții incandescenți. Motoarele cu cap cald, pentru prima pornire, aveau nevoie de accesorii speciale, cum ar fi un arzător pe benzină , kerosen sau gaz ( GPL ) pentru a fi utilizate pentru preîncălzirea capului în sine, fără de care pornirea ar putea să nu se efectueze. Principalele avantaje ale motorului cu cap fierbinte au fost simplitatea mare a construcției și întreținerii, cu rezistența consecventă. Printre dezavantaje este de menționat posibilitatea producerii de fisuri pe cap datorită stresului termic considerabil la care a fost supus, precum și creșterii consumului la sarcini parțiale comparativ cu cel la sarcină maximă.

Acest motor, pentru a utiliza un compresor volumetric sau un compresor turbo, trebuie să aibă conducta de admisie care nu trece prin carter și, prin urmare, se termină direct ca un orificiu de transfer. A fost utilizat în principal în tractoare sau chiar în aplicații maritime (bărci cu motor sau bărci de pescuit ).

Motor diesel în patru timpi

Ciclul termic al unui motor 4T
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Aspiratie;
B = compresie;
C = Extindere;
D = Descărcare;

Spre deosebire de motoarele cu ciclu Otto pe benzină, unde transformarea are loc la un volum constant, la Diesel are loc la presiune constantă. Ciclul său se desfășoară la 720 °, adică în două spire ale arborelui cotit. Nu există lumini, ci un sistem de distribuție care constă de obicei din cupă, tijă, roată și balansul acesteia. Arborele cu came, prin intermediul camelor, împinge cupa în sus în interiorul căreia se sprijină tija de împingere; balansierul primește astfel forța necesară pentru a apăsa supapa de pe partea opusă, care prin aceasta reușește să se deschidă. Când arborele cu came începe o nouă rotație, supapa se închide prin intermediul unui arc de întoarcere. Prin urmare, există supape de admisie și supape de evacuare. Există atât de multe came cât sunt supape: în mod normal, camele existente sunt una pentru fiecare supapă, dar la motoarele reversibile (motoarele care pot fi pornite în sens invers) există două came pentru fiecare supapă: o came înainte și o cameră inversă .

Arborele cu came este apoi utilizat pentru controlul supapelor. Aproape întotdeauna situat în carter, în unele motoare se găsește și în cap. Dacă arborele este intern, se obține un excentric pentru pompa de curent alternativ (alimentare - combustibil) și o roată dințată oblică pentru pompa de ulei și pentru distribuitor (acesta din urmă numai la motoarele pe benzină ). Dacă arborele cu came este deasupra capului, atunci există o jumătate de ax cu angrenajul excentric și dințatul oblic.

Rețineți că limita RPM a unui motor pe benzină (4 timpi) este determinată de timpul de închidere a supapei. Limita de RPM a unui motor diesel (4 timpi) este determinată de timpul necesar arderii. De exemplu, un motor diesel de 2000 rpm are 0,0025 secunde disponibile pentru injecție și combustie.

Caracteristici și caracteristici

Camera de pre-combustie

La vehiculele cu motoare diesel, precamera de ardere a fost folosită de mult timp pentru a netezi duritatea acestui motor și a-l face compatibil cu așteptările de confort cerute în mod normal de o mașină . De fapt, la motoarele cu injecție indirectă, combustibilul nu este injectat în partea superioară a cilindrului , ci într-o mică cameră prealabilă obținută în chiulasă, care are o ieșire pe tavanul cilindrului.
Arderea începe astfel în precameră și odată cu expansiunea gazelor continuă în cilindru. Scopul este de a evita vârfurile de presiune care fac motorul foarte zgomotos, transmitând vibrații puternice cadrului.
În capul motorului, există o carcasă specială pentru bujia incandescentă , un rezistor incandescent care nu servește la aprinderea amestecului ca la motoarele pe benzină, dar permite arderea prin preîncălzirea aerului sau a pereților precamerei.

Injectoare

Injectoarele sincronizează injecția de combustibil cu faza motorului și dozează cantitatea. Combustibilul introdus este fin pulverizat și, în contact cu aerul din camera de ardere (care în faza de compresie este de aproximativ 600-700 ° C), provoacă arderea amestecului și faza de expansiune ulterioară.
Conductele injectoarelor, care transportă combustibilul, trebuie să aibă toate aceeași lungime, pentru a evita nepotrivirile în injecție. Din acest motiv, conductele care ajung la injectoare pe capetele cele mai apropiate de pompă sunt uneori înfășurate în jurul lor.

Pompa de injecție

Are sarcina de a aduce motorina la injectoare prin creșterea presiunii combustibilului. În acest fel, presiunea depășește preîncărcarea arcului care ține injectorul închis și motorina este injectată în cilindru. Pompa de injecție este conectată la distribuție (uneori și prin intermediul unui arbore sau ax), cu o anumită sincronizare în ceea ce privește arborele cotit și arborele cu came. Sincronia acestor organe motorii se numește „fază”. Presiunile de funcționare variază de la 200-250 bari pentru motoarele precamere până la 1800-2000 pentru sistemele de injecție-pompă.

Supraîncărcare

Pentru a exploata și mai mult puterea specifică (numită și raportul cai putere-litru) al motorului diesel, este adesea utilizat sistemul de supraalimentare. Acest sistem este aproape întotdeauna utilizat în motoarele diesel moderne. Scopul acestui sistem este de a introduce o cantitate mai mare de aer în camera de ardere pentru a arde o cantitate mai mare de combustibil pentru fiecare ciclu.
Pentru a obține acest rezultat, se utilizează un turbocompresor (dar este, de asemenea, posibil să se utilizeze compresoare centrifuge sau volumetrice acționate de mișcarea arborelui cotit, chiar dacă acum sunt soluții dezafectate), conectate prin conducte la galeria de admisie: comprimă aerul care va fi apoi alimentat în cilindru. Compresorul centrifugal este acționat de turbina cu gaz de eșapament introdusă pe aceeași axă (sau ax), care extinde gazele de ardere care ies din cilindrul motorului.
Trebuie avut în vedere faptul că pe cealaltă parte a compresorului centrifugal există un filtru de aer special. Aerul care este aspirat după ce a fost comprimat de compresor trece prin intercooler, în multe cazuri după cooler (care disipă căldura transferată în aer în timpul fazei de compresie pentru a crește și mai mult densitatea acestuia) și apoi prin colector. este introdus în camera de ardere unde va avea loc ciclul de ardere. Dacă presiunea de livrare este excesivă, aceasta ar putea provoca deteriorarea motorului, astfel încât în turbinele cu geometrie fixă se interpune o supapă numită haș de gunoi, care are sarcina de a se deschide (prin intermediul unui actuator pneumatic acționat, prin intermediul unei diafragme și a unui primăvară calibrată, de la presiunea aerului de încărcare în sine, sau un actuator mai complex controlat de o unitate de comandă electronică), tocmai în aceste circumstanțe, și deviază o parte din gazele de eșapament înainte de a trece prin turbină, evitând astfel că viteza de rotație arborelui rotorului și, prin urmare, presiunea de impuls depășește o valoare critică; în turbine cu geometrie variabilă acest dispozitiv este absent deoarece viteza de rotație a turbinei și, prin urmare, presiunea de impuls, sunt gestionate direct de unitatea de comandă a motorului prin variația adecvată a geometriei interne a piuliței turbinei prin mișcarea secțiunilor care modifică unghiul a incidenței fluxului de gaze de eșapament pe rotor sau a vitezei acestui flux. Această soluție are, de asemenea, o consecință, o reducere notabilă a întârzierii turbo , asigurând un răspuns mai rapid al motorului la turații mici. Mai mult, a crescut supraalimentarea posibil la turații mici afectează pozitiv curba de cuplu , și presiune mai mică picătură la turații mai mari, posibile prin utilizarea unei secțiuni piuliță de evacuare mai mare, reduce pierderea puterii determinate. Prin utilizarea unui melc mic .

Notă

^ Eastop & McConkey 1993, Termodinamica aplicată pentru tehnologii ingineri , Pearson Education Limited, ediția a cincea, p.137
^ CEL MAI FĂRĂ MOTOR , pe trattoridepocapiacentini.it .

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Ciclo Diesel

linkuri externe

Motor diesel în 2 timpi , la people.bath.ac.uk . Adus la 16 ianuarie 2010 (arhivat din original la 17 ianuarie 2010) .
Motorul „cu cap fierbinte” ^{[ link rupt ]} , pe sites.google.com .

Portal mecanic

Portalul Termodinamicii

[1] Eastop & McConkey 1993, Termodinamica aplicată pentru tehnologii ingineri , Pearson Education Limited, ediția a cincea, p.137

[2] CEL MAI FĂRĂ MOTOR , pe trattoridepocapiacentini.it .

[1]

[2]