Попытка разобраться в дизельном цикле

Мы всегда слышим, как дизельные двигатели «чихают». Это может происходить только в том случае, если топливо впрыскивается во время такта сжатия, а не когда поршень достигает верхней точки. То есть топливо впрыскивается до того, как поршень достигает ВМТ. Но разве воспламенение в этот момент не будет контрпродуктивным? ведь оно будет идти вразрез с движением поршня.

Большинство дизельных двигателей работают так же, как и большинство бензиновых, что означает, что это 4-тактные двигатели (этот ответ даст вам больше информации о дизельных и бензиновых двигателях и о том, как они работают.) Учитывая, что на самом деле они работают одним и тем же базовым способом, в то время как источник зажигания разный (искра против сжатия), с этой точки зрения разницы нет. В обоих бензиновых / дизельных двигателях зажигание происходит до верхней мертвой точки (ВМТ) движения поршня между тактами сжатия и мощности, чтобы оптимизировать мощность цилиндра. Чтобы топливо полностью сгорело, оно должно воспламениться раньше. Это также позволяет получить больше мощности, чем если бы воспламенение происходило в верхней мёртвой точке или после неё.

Как предотвратить сгорание обедненной смеси, если оно начинается до того, как впрыснуто все топливо?

Когда топливо смешивается с воздухом, оно сгорает ровно настолько, насколько позволяет воздух. Если топлива слишком много, смесь будет богатой. В дизельном двигателе это приводит к появлению чёрного дыма. (Многие любители хот-родов называют это "горящим углём".) Если топлива недостаточно, смесь будет бедной, то есть в выхлопных газах будет избыток кислорода. Теоретически идеальная смесь называется стехиометрической или сокращённо стехио. Это означает, что в воздух добавляется ровно столько топлива, сколько нужно, чтобы в выхлопных газах не было избытка воздуха или несгоревшего топлива. Я говорю «теоретически», потому что на практике двигатель (бензиновый или дизельный) не будет работать на таком уровне. Он будет работать выше или ниже этого уровня, чтобы обеспечить либо большую мощность (более богатая смесь при высоких нагрузках), либо более экономичный расход топлива (более бедная смесь при низких нагрузках). Дизельные двигатели обычно работают на обедненной смеси. Это одна из причин, почему они расходуют мало топлива. Я объясняю всё это, чтобы вы поняли, что впрыск топлива не так сильно зависит от того, работает ли двигатель на бедной или богатой смеси. Ранний впрыск позволяет топливно-воздушной смеси сгорать более полностью до того, как она будет удалена из цилиндра, но чтобы преодолеть этот эффект, нужно просто впрыснуть немного больше топлива. Всё это заложено в конструкцию двигателя, так что в этом нет ничего сложного.

Как происходит впрыск топлива? Поскольку оно воспламеняется до окончания всего импульса, волна давления, толкающая поршень вниз, также толкает топливо обратно к насосу. Я понимаю, что отверстие форсунки имеет небольшую площадь, но противодавление на поток топлива должно быть очень сильным.

Дизельные и бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (GDI) оснащены двумя топливными насосами. Один из них — насос низкого давления, который забирает топливо из бака и подает его в насос высокого давления. Насос высокого давления предназначен для создания более высокого давления в форсунке впрыска топлива, чем внутри двигателя. Давление внутри цилиндра зависит от нескольких факторов, например от того, является ли двигатель атмосферным или оснащен турбонаддувом (принудительной подачей воздуха). Очевидно, что если вы начнёте с более высокого статического давления перед сжатием, то на пике сжатия давление будет выше. Всё это рассчитывается инженерами, а насос высокого давления спроектирован таким образом, чтобы компенсировать разницу.

В отличие от бензинового двигателя, дизельный двигатель работает на низкооктановом топливе, то есть для его сгорания требуется больше времени, чем для сгорания топлива в бензиновом двигателе. Поэтому впрыск может быть более медленным. В двигателе с непосредственным впрыском топлива форсунка должна впрыскивать топливо гораздо быстрее, чем в двигателях с распределённым впрыском топлива. В этой статье говорится, что в двигателе GM LT1 (Chevrolet Small Block Gen V) форсунки впрыскивают примерно такое же количество топлива за четверть времени, как и в более старых двигателях. В других источниках, которые я читал, также говорится, что эти форсунки GDI не впрыскивают топливо одним импульсом, а модулируют впрыск топлива для обеспечения наилучшего сгорания и увеличения мощности при одновременном снижении расхода топлива. Я не читал напрямую о дизельных двигателях, но готов поспорить, что они также модулируют подачу топлива через форсунки по тем же причинам. В США выбросы и экономия топлива повлияли на мир дизельных двигателей так же, как когда-то повлияли на мир бензиновых двигателей, поэтому они будут использовать все возможные методы, чтобы получить лучшее из обоих миров.