Dīzeļdegvielas un to izmantošana

Dīzeļmotoru barošanas sistēmas

1892. gadā vācu inženieris Rūdolfs Dīzels (1858 – 1913) patentēja četrtaktu kompresijas aizdeezes motoru, ko visā pasaulē tagad pazīst kā dīzeļmotoru.

Dīzeļmotori ir kompresijaizdedzes motori, kuros:

§ par degvielu izmanto dīzeļdegvielu

§ cilindros iesūc attīrītu gaisu

§ gaisa saspiešanas pakāpe jeb kompresijas pakāpe ε = 15.....25

§ degmaisījuma sagatavošana notiek tieši (degvielas iesmidzināšanas laikā) motora cilindros

§ degmaisījums aizdegas ķīmiskas reakcijas rezultātā, kuras norisi izraisa augstā temperatūra un spiediens cilindros degvielas iesmidzināšanas brīdī (kompresijaizdedze )

Dīzeļmotoru priekšrocības:

· salīdzinājumā ar benzīnmotoriem ievērojami mazāks degvielas īpatnējais patēriņš, jo dīzeļmotoriem ir augstāka kompresijas pakāpe (ε) un attiecīgi augstāks lietderības koeficients (η);

· nav nepieciešama elektriskās aizdedzes sistēma;

· lietojamā degviela ir ugunsdrošāka;

· labi lietojami darbam lielās slodzēs, jo dīzeļmotoriem maksimālais griezes moments tiek sasniegts jau ar maziem kloķvārpstas apgriezieniem, unliels griezes moments ir plašākā apgriezienu diapazonā;

· nav droseļvārsta, kas rada pretestību gaisa plūsmai ieplūdes takts laikā, samazinot cilindra pildījumu;

· labi piemēroti darbam ar turbokompresoru, jo augstā kompresijas pakāpe (ε) nodrošina 1,5-2 reizes lielāku izplūdes gāzu spiedienu un ievērojami mazāku to temperatūru.

Dīzeļmotoru trūkumi :

• salīdzinājumā ar benzīnmotoriem ievērojami lielāka masa un gabarīti, jo lielāks gāzu spiediens cilindros smagi slogo motora mehanismu detaļas, un tāpēc dīzeļmotoru konstrukcijās detaļas izgatavo masīvākas;
• motora kopējās izmaksas sadārdzina detaļu augstā precizitātes nepieciešamība degvielas padeves aparatūrā;
• sakarā ar sadedzes procesa īpatnībām dīzeļmotori strādā cieti un trokšņaini visos darba režīmos;
• mazāki maksimālie kloķvārpstas apgriezieni, tiek lēnāk sasniegti masīvo detaļu dēļ, kas izraisa lielas inerces slodzes;
• ir nepieciešams kloķvārpstas griešanās ātruma regulators, jo nav stabili motora kloķvārpstas apgriezieni.

Dīzeļdegvielas un to izmantošana

Dīzeļdegvielu (DD), ko iegūst naftas pārstrādes procesā, sauc par fosilo DD. Fosilā DD ir vairāku simtu dažādu ogļūdeņražu (C+H) maisījums, kuriem katram ir savas īpašības. DD satur dažādas piedevas ekspluatācijas īpašību uzlabošanai (pretdilšanas, pretledus veidošanās, mazgājošās, pretputošanas, pretdūmošanas un iedarbināšanas paātrinātājpiedevas, kā arī kristalizācijas sākuma temperatūras pazeminātājus).

Lai motors minimāli nolietotos un darbotos ekonomiski, DD netraucēti jānonāk motora cilindros jebkurā apkārtējās vides temperatūrā, nodrošinot motora vieglu iedarbināšanu, ātru degmaisījuma aizdegšanos, pinīgu, bezdūmojošu sadegšanu un mīkstu motora darbību. Tā nedrīkst izraisīt detaļu koroziju un pastiprinātu piededžu veidošanos. DD satur naftas frakcijas ar vārīšanās temperatūru no 200 līdz 350 ^oC. Tās blīvums 20^oC – ρ₂₀= 0,82 ÷ 0,86 g/cm³ un uzliesmošanas temperatūra no 35 līdz 70 ^oC. DD piemīt ievērojami lielas viskozitātes izmaiņas atkarībā no temperatūras. Tas var ietekmēt degvielas padevi, izsmidzināšanas kvalitāti un sadedzes procesu. Pārāk mazviskoza degviela nenodrošina degvielas augstspiediena sūkņa augstas precizitātes detaļu hemētiskumu, izraisa degvielas padeves nevienmērīgumu, palielina smidzinātāju adatu nolietošanos, kā arī samazina izsmidzināšanas spiedienu. Pārāk liela degvielas viskozitāte veicina ātru sastingšanu, nenodrošina plūstamību zemās temperatūrās, rupju izsmidzinājumu, sliktāku iztvaikošanu un nepilnīgu sadegšanu. Šo īpašību dēļ viskozitāti normē : vasaras dīzeļdegvielām kinemātiskā viskozitāte ir no 3 līdz 8 cST (centistoksi), ziemas – no 1,8 līdz 3,2 cST, jo ziemā apkārtējās vides temperatūrā dīzeļdegvielas viskozitāte strauji palielinās (veidojas parafīna kristāli un apgrūtinās tās plūstamība caur filtru).

Dīzeļdegvielas aizdegšanās īpašības raksturo cetānskaitlis(CS).

Tas ir nozīmīgs degvielas ekspluatācijas rādītājs un raksturo asu vai mīkstu motora darbību. Ja CS ir par mazu, tad motors strādā asi un trokšņaini, kā arī motoram ir dinamiskās pārslodzes. Ja CS ir par lielu, tad degviela sadeg nepilnīgi, motors dūmo, samazinās jauda un palielinās degvielas patēriņš. Cetānskaitlim jābūt robežās no 51 līdz 55.

DD frakcijas satur sēru, kuram ir korozīva agresivitāte uz motora detaļām un šo iedarbību iespējams novērst, lietojot motoreļļas ar sārmainām piedevām. Ar 2009.gada 1.janvāri Latvijā drīkst tirgot tikai tādu DD, kurai sēra saturs ir līdz 10 mg/kg.

Svarīgi, lai DD būtu tīra no mehaniskiem piemaisījumiem un ūdens klātbūtnes, jo bojā degvielas aparatūras augstas precizitātes detaļas, kā arī aukstā laikā ledus kristāli aizblīvē filtru elementus, ierobežojot degvielas pieplūdi sprauslām.

Dīzeļdegviela atkarībā no gadalaika iedalās:

· vasaras – lietojama temperatūrā, kas augstāka par 0 ^oC;

· ziemas - lietojama temperatūrā līdz -20 ^oC, -30 ^oC, - 50 ^oC.

Degmaisījuma veidošanās princips dīzeļmotoros

Saspiedes process dīzeļmotora cilindros notiek bez degvielas klātbūtnes.

Degvielas iesmidzināšana degkamerā sākas, neilgi pirms virzulis sasniedzis AMP, t. i., saspiedes takts beigās. Degmaisījums veidojas tieši cilindrā.

Dīzeļmotora vadība tiek realizēta, izmainot degvielas daudzumu pie praktiski nemainīga gaisa daudzuma.

Dīzeļdegvielas un gaisa maisījumam, tāpat kā benzīna un gaisa maisījumam, lieto stehiometriska degmaisījuma (DM) sastāva jēdzienu, un tā kvalitatīvo sastāvu raksturo gaisa pāruma koeficients- λ.

Atšķirībā, no benzīnmotora, dīzeļmotoram gaisa un degvielas attiecība ir 14.28 / 1. Dīzeļmotorā DM sagatavošanas apstākļi ir sliktāki, jo sarežģītāka ir degvielas vienmērīga sadale pa degkameras tilpumu. Tāpēc dīzeļmotorā sadedzes process notiek pie ievērojami lielākām λ skaitliskajām vērtībām, un nav iespējams panākt pinīgu degvielas sadegšanu, ja gaisa pāruma koeficients ir tuvu skaitliskajai vērtībai1. Smazinot gaisa daudzumu, pastiprinās dūmošanas iespēja, palielinās degvielas patēriņš, un pārkarst motors. Atkarībā no lietoto degkameru veida normāla motora darbība slodzes režīmos iespējama, ja λ = 1,2 ÷ 1,7. Samazinot motora noslodzi, cilindros ieplūstošā gaisa daudzumu neregulē, bet samazina iesmidzināmo degvielas daudzumu. Rezultātā gaisa pāruma koeficienta vidējā vērtība ievērojami palielinās. Piemēram, brīvgaitas režīmā iespējama motora darbība pie λ = 6 ÷ 8.

Sadedzes process dīzeļmotorā

Dīzeļmotoru darbības vadība tiek veikta, izmainot degvielas daudzumu pie praktiski nemainīga gaisa daudzuma cilindrā. Dīzeļmotoros degvielu degkamerā ievada iesmidzinātu, bet neiztvaicētu, kā benzīnmotoros. Sakarā ar motora cilindros iesūktā gaisa augstu saspiešanas pakāpi, iesmidzinātās degvielas daļiņas nokļūst augstā apkārtējās vides temperatūrā (600- 900 ^oC), sakarst un iztvaiko. Ap atsevišķām degvielas daļiņām veidojas tvaiku apvalks ar degšanai nepieciešamo degvielas un gaisa maisījuma koncentrācijas zonu, kur sākas degvielas ogļūdeņražu oksidācijas ķīmiskās reakcijas un pirmsdegšanas norises. To rezultātā izdalās siltums, paaugstinās temperatūra, un aizdegas oksidācijas produkti – sākas dīzeļdegvielas degšana. Laika sprīdi no degvielas iesmidzināšanas sākuma līdz degšanas sākumam (ar karstu liesmu) sauc par degvielas pašaizdegšanās aizkavēšanās periodu.

Degmaisījuma veidošanās process nepārtraukti turpinās degšanas laikā. Laiks, kas nepieciešams degvielas iztvaikošanai no iesmidzināšanas sākuma līdz aizdegšanās sākumam, ir tikai 0,002 sekundes. Lai efektīvāk noritētu sadedzes process, nepieciešams, lai tas būtu pēc iespējas īsāks un spiediens cilindros pieaugtu pakāpeniski. Straujš spiediena pieaugums izraisa cietu un trokšņainu motora darbību.

Dīzeļmotora darbības cietību ietekmē šādi galvenie faktori:

· degvielas cetānskaitlis;

· degkameras izveides forma un gāzu kustība tajā;

· degvielas padeves sistēma, kurai jāatbilst izveidoto degkameru tipam;

· kompresijas pakāpe – ;

· spiediens un temperatūra saspiedes takts beigās, jo šo parametru palielināšana degvielas iesmidzināšanas momentā samazina uzliesmošanas aizkavēšanās fāzi;

· motora darbības režīmi: slodze un kloķvārpstas apgriezieni.

Gandrīz visi faktori, kas benzīnmotorā veicina detonācijas izcelsmi, dīzeļmotorā diametrāli pretēji samazina darbības cietību, izņemot degvielas iesmidzināšanas apsteidzes leņķi (pārāk liels), kas arī izraisa dīzeļmotora darbības cietību.\

Dīzeļmotoru degkameras

Dīzeļmotoru darbību ievērojami ietekmē degkameru veidi, kas nosaka degvielas sadalījumu tajās un sadegšanas kvakitāti.

Atkarībā no degkameru izveides formas dīzeļmotorus iedala:

• netiešās iesmidzināšanas,ar dalītām degkamerām;
• tiešās iesmidzināšanas,ar nedalītām degkamerām.

Netiešo iesmidzināšanu visbiežāk lieto vieglo automobiļu dīzeļmotoros, bet tiešo iesmidzināšanu – daudz jaudīgākos kravas automobiļos, traktoros un jaunākās paaudzes vieglo automobiļu dīzeļmotoros. Principiālā atšķirība starp abiem degvielas iesmidzināšanas veidiem ir degkameras novietojumā un konstrukcijā. Tiešās iesmidzināšanas gadījumā (TDI) sprausla izvietota virs virzuļa galvā veidotās degkameras, bet netiešās iesmidzināšanas gadījumā tā izvietota atkarībā no degmaisījuma sagatavošanas paņēmiena cilindru galvā izveidotā virpuļkamerā vai priekškamerā. Caur šauru kanālu tās ir saistītas ar virzulī veidotu galveno degkameru.

Tiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoram (TDI)degkameru izveido virzuļa galvā. Degkameras forma izveidota tā, lai izsmidzinātā degviela iztvaikotu un sajauktos ar gaisu virzulī izveidotajā degkameras tilpumā. Šādi veidota degkameras forma veicina gaisa savirpuļošanos saspiedes takts laikā, kā arī viendabīgu sajaukšanos ar iesmidzināto degvielu. Degvielas labu izsmidzināšanu un vienmērīgu sadalījumu pa visu degkameru panāk, lietojot sprauslu ar daudzstrūklu smidzinātāju un lielu izsmidzināšanas spiedienu, kā arī piemērojot degvielas izsmidzinājuma kūļa formu un izmērus degkameras formai.

A – lodveida degkamera

B – pussfēriskā degkamera

C – dubultlodveida degkamera

Netiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoramvienu daļu degkameras izveido cilindru galvā, bet otru daļu – virzuļa galvā. Pēc degkameras formas un degmaisījuma sagatavošanas paņēmiena šos dīzeļmotorus iedala:

o virpuļkameras dīzeļmotoros

o priekškameras dīzeļmotoros.

Dīzeļmotorā ar virpuļkamerudegvielu caur sprauslu iesmidzina cilindra galvā izveidotā virpuļkamerā, kuras tilpums sastāda 60 - 70% no visas cilindra degkameras tilpuma. Virpuļkameru ar cilindru saista kanāls. Tā kā kanālu izveido slīpi un virpuļkameru izveido sfērisku, saspiedes takts beigās virpuļkamerā slīpi iesmidzinātā degviela labi sajaucas ar savirpuļoto gaisu. Degvielas iztvaikošana un degmaisījuma veidošanās gandrīz pilnībā notiek cilindra galvā izveidotajā virpiļkamerā. Sākoties degšanai, sagatavotais degmaisījums caur kanālu tiek izgrūsts uz virzulī veidoto degkameru, kur tas sajaucas ar atlikušo gaisu un turpinās degšana. Tas veicina degmaisījuma pilnīgāku sadegšanu, mīkstu motora darbību un mazāku atgāzu toksiskumu. Virpuļkamerā ir ieskrūvēta kvēlsvece, ar kuras palīdzību auksta motora iedarbināšanas atvieglošanai tiek uzsildīts virpuļkamerā esošais gaiss. Nepieciešamais laiks gaisa priekšsildīšanai ir 4-10 sekundes.

Virpuļkamera cilindru galvā 1. Virpuļkamera cilindru galvā

2. Degvielas sprausla

3. Kanāls, kas savieno virpuļ-

kameru ar cilinra degkameru

4. Kvēlsvece ar sildelementu

5. Virzulis

6. Virzuļa galvā veidotā degkamera

Priekškameras dīzeļmotoramdegvielu iesmidzina cilindru galvā ievietotā priekškamerā, kurā atrodas sprausla un kvēlsvece gaisa uzsildīšanai pirms motora iedarbināšanas. Priekškamerām tilpums parasti sastāda 20-40% no cilindra kopējā tilpuma. Saspiedes takts laikā gaiss ar lielu ātrumu pārplūst priekškamerā (230-320 m/s), neveidojot tajā virzītu virpuli. Savienojošo kanālu nelielais šķērsgriezuma laukums saspiedes procesā rada cilindrā par 0,3-0,5 Mpa lielāku spiedienu nekā priekškamerā. Degviela tiek iesmidzināta pret ieplūstošo gaisa plūsmu. Sākoties degšanai, spiediens priekškamerā strauji palielinās, un tur sadeg 25-30% iesmidzinātās degvielas. Tālāk izsmidzinātā degviela un degošās gāzes ar lielu ātrumu plūst caur kanālu uz virzulī veidoto degkameru cilindrā. Tur vēl pilnīgi nesadegušie degvielas tvaiki labi sajaucas ar gaisu un notiek degmaisījuma sadegšana. Tas nodrošina pilnīgāku degvielas sadegšanu, ekonomiskāku darbību un mazāku atgāzu toksiskumu.

Attēlos parādīts priekškameras izvietojums cilindru galvā atkarībā no vārstu skaita uz cilindru un degvielas sprauslas novietojuma.

1 – priekškamera; 2 – degvielas sprausla; 3 – Kvēlsvece ar sildelementu; 4 – kanāls; 5 – cilindra degkamera.

Iedarbināšanas procesu uzsākot, ar kvēlsveces sildelementa palīdzību, tiek sildīts aukstais gaiss jau pirms tā padeves cilindrā motora iedarbināšanas sākumā.

Tiešās un netiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoru salīdzinājums

Tiešās iesmizdināšanas dīzeļmotoru priekšrocības :

+ degkameras tilpumu virzuļa galvā iespējams samazināt, lai iegūtu jebkuru nepieciešamo

kompresijas pakāpi (ε);

+ liela jauda (kW) un liels griezes moments (Nm) arī pie maziem kloķvārpstas apgriezieniem;

+ efektīvāka auksta motora iedarbināšana;

+ pat par 20% mazāks degvielas patēriņš (ekonomisks) sakarā ar maziem siltuma zudumiem;

Tiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoru trūkumi :

– cieta motora darbība (trokšņains) sakārā ar nelielo degvielas uzliesmošanas aizturi pēc iesmidzināšanas;

– nepieciešams augsts degvielas izsmidzināšanas spiediens;

– salīdzinoši liels atgāzu toksiskums.

–

Pāreja uz dīzeļmotoru barošanas sistēmu elektronisko vadību (EDC), uzlabojoties turbopūtes tehnoloģijai un lietojot gaisa starpdzesēšanas sistēmas ļauj novērst tiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoru trūkumus un tos uzstāda arī vieglajos automobiļos, kuriem ir augstākas prasības attiecībā uz komfora līmeni ( troksnis, vibrācijas).

Netiešās iesmidzināšanas dīzeļmotoru priekšrocības un trūkumi:

+strādā mīkstāk un klusāk, jo sadedzes procesā spiediens uz virzuli iedarbojas pakāpeniski;

+ mazs atgāzu toksiskums;

– lielāks degvielas patēriņš, jo sadedzes procesā ir lielāki siltuma zudumi palielinātās degšanas telpas virsmas dēļ;

– apgrūtināta auksta motora iedarbināšana.

.

Dīzēļmotoru konstrukcijas īpatnības

Ieplūdes takts laikā motora cilindrā tiek ievadīts iepriekš gaisa filtrā attīrīts atmosfēras gaiss. Saspiedes takts beigās cilindrā caur sprauslu (5) ar augstu spiedienu, stingri noteiktā daudzumā tiek iesmidzināta dīzeļdegviela, kura aizdegās no augstās temperatūras un spiediena.

Degvielas padevi un tās dozēšanu noteiktā momentā nodrošina augstspiediena sūknis (4). Caur sprauslas (7) izplūdušā un no augstspiediena sūkņa (4) neizmantotā degviela noplūst atpakaļ degvielas tvertnē (1). Shēmā parādītais augstspiediena sūknis (4) sastāv no vairākām pēc uzbūves vienādām sekcijām, kuru skaits vienāds ar cilindru skaitu. Katra sekcija ar degvielas cauruļu palīdzību savienota ar sprauslu.

1. Degvielas tvertne

2. Visrežīmu regulators

3. Zemspiediena sūknis

4. Augstspiediena sūknis

5. Degvielas filtrs

6. Atplūde no degvielas filtra

7. Sprausla

8. Atplūde no sprauslas

9. Atplūde no augstspiediena

Date: 2016-01-05; view: 4596