Cuando el diésel está funcionando, el aire aspirado por el cilindro del motor diésel se comprime en mayor grado debido al movimiento del pistón, alcanzando una temperatura alta de 500 ~ 700 °C. Luego, el combustible se rocÃa en el aire a alta temperatura en forma de niebla y se mezcla con el aire para formar una mezcla inflamable, que se enciende y arde automáticamente. La energÃa liberada por la combustión actúa sobre la superficie superior del pistón, empujando el pistón, y se convierte en trabajo mecánico de rotación a través de la biela y el cigüeñal.
Diesel, un ingeniero alemán nacido en Francia, desarrolló con éxito un práctico motor diésel de cuatro tiempos en 1897. La gente le presta atención porque mejora significativamente la eficiencia térmica. Al principio, los motores diésel utilizaban aire para inyectar combustible, y los accesorios eran grandes y voluminosos y sólo se utilizaban para operaciones fijas. Se utilizó en barcos a principios del siglo XX y el primer motor diésel marino de dos tiempos se fabricó en 1905.
En 1922, Bosch de Alemania inventó el dispositivo de inyección mecánica, que gradualmente reemplazó la inyección de aire. A finales de la década de 1920 aparecieron los motores diésel de alta velocidad que comenzaron a utilizarse en los automóviles. En la década de 1950, se desarrollaron algunas series nuevas y motores diésel de uso general con estructuras y prestaciones más completas, y los motores diésel entraron en la etapa de producción en masa especializada. Especialmente después de la adopción de la tecnologÃa de turbocompresor de gases de escape, el motor diésel se ha convertido en el componente más importante de la maquinaria eléctrica moderna.
Los motores diésel se pueden dividir en diferentes caracterÃsticas según diferentes caracterÃsticas: según la velocidad se pueden dividir en motores diésel de alta, media y baja velocidad; se pueden dividir en inyección directa; motores diesel, motores diesel de cámara de vórtice y tipo de cámara de precombustión según el tipo de motor diesel de cámara de combustión. Según el método de admisión de aire del cilindro, se divide en motores diésel sobrealimentados y no sobrealimentados; según el modo de acción de la presión del gas, se puede dividir en motores diésel de simple efecto, doble efecto y de pistón opuesto. Según su finalidad, se divide en motor diésel marino y motor diésel de locomotora.
El combustible diésel es principalmente diésel. Los motores diésel de alta velocidad suelen utilizar diésel ligero; los motores diésel de velocidad media y baja utilizan diésel ligero o diésel pesado. Los motores diésel utilizan bombas de inyección de combustible e inyectores para inyectar combustible en el cilindro a alta presión. El combustible inyectado se atomiza y se mezcla con aire para la combustión. Por tanto, los motores diésel pueden utilizar combustibles pesados ​​o inferiores y con poca volatilidad, como petróleo crudo, petróleo residual, etc.
Al quemar petróleo crudo y petróleo residual, además de filtrar las impurezas y la humedad, el sistema de suministro de petróleo también debe precalentarse y aislarse para reducir la viscosidad y facilitar el transporte y la inyección. Los motores diésel también pueden quemar combustibles ligeros como etanol, gasolina y metanol si se utiliza una cámara de combustión adecuada. Para mejorar la inflamabilidad de los combustibles ligeros, se pueden agregar aditivos para aumentar el Ãndice de cetano o mezclarlos con combustible diesel. Algunos combustibles gaseosos, como gas natural, gas licuado de petróleo, biogás, gas de generador, etc., también se pueden utilizar como combustible diésel, pero en este momento se suele utilizar combustible gaseoso como combustible principal y una pequeña cantidad de diésel. se utiliza para el encendido. Este tipo de motor se denomina motor de combustión interna de doble combustible.
El proceso de combustión de un motor diésel se divide generalmente en cuatro etapas: perÃodo de retardo de encendido, perÃodo de combustión rápida, perÃodo de combustión lenta y perÃodo de postcombustión.
El perÃodo de retardo de encendido se refiere a una serie de procesos de preparación fÃsica y quÃmica desde la inyección de combustible hasta el encendido, incluyendo pulverización, calentamiento, evaporación, difusión, mezcla y oxidación inicial. Es un parámetro importante en el proceso de combustión y afecta directamente las caracterÃsticas del proceso de liberación de calor de la combustión.
El combustible inyectado en la cámara de combustión durante el perÃodo de retardo de encendido se quema casi simultáneamente durante el perÃodo de combustión rápida, por lo que la tasa de liberación de calor es muy alta y la presión aumenta muy rápidamente.
La combustión del combustible en la etapa de combustión lenta depende de la velocidad de mezclado. Por lo tanto, fortalecer la perturbación del aire en la cámara de combustión y acelerar la mezcla de aire y combustible juega un papel importante para asegurar una combustión rápida y completa del combustible cerca del punto muerto superior.
El tiempo de combustión mixta del motor diésel es muy corto, por lo que parte del combustible no se puede quemar a tiempo cerca del punto muerto superior y el calor liberado en la última etapa de la carrera de expansión no se puede quemar. totalmente utilizado, por lo que se debe evitar la combustión de combustible tanto como sea posible en la etapa posterior de la combustión.
La calidad de la cámara de combustión juega un papel decisivo en el rendimiento del motor diésel, por lo que es la clave del diseño del motor diésel. Según las caracterÃsticas y estructura del proceso de combustión organizada, las cámaras de combustión se dividen en cuatro tipos: abierta, semiabierta, cámara de precombustión y cámara de vórtice. Los dos primeros tipos son cámaras de combustión de inyección directa; los dos últimos tipos son cámaras de combustión separadas.
Los motores diésel de baja velocidad y algunos motores diésel de velocidad media y alta utilizan principalmente cámaras de combustión abiertas sin flujo de vórtice. La cámara de combustión está formada por la superficie inferior de la culata y la superficie superior del pistón, y tiene un cierto espacio total. Los inyectores de orificios múltiples (6 ~ 10 orificios) pueden atomizar bien el combustible y distribuirlo uniformemente en el espacio de la cámara de combustión. Por lo tanto, la combustión en una cámara de combustión abierta es un proceso de combustión espacial tÃpico, que requiere que la cámara de combustión coincida con la forma y distribución del haz de aceite.
Sus ventajas son el bajo consumo de combustible y el fácil arranque; su desventaja es que requiere una alta atomización del combustible y es difÃcil de adaptar al trabajo con velocidad variable.
Los motores diésel pequeños de alta velocidad utilizan principalmente cámaras de combustión semiabiertas con flujo de vórtice. Este tipo de cámara de combustión se divide en muchos tipos, incluyendo principalmente la cámara de combustión de pelÃcula de aceite y la cámara de combustión compuesta.
La cámara de combustión con pelÃcula de aceite fue inventada por Moeller en Alemania en 1956. La cámara de combustión está situada en la parte superior del pistón y tiene forma esférica. El combustible se rocÃa sobre la pared de la cámara de combustión y la mayor parte del combustible se rocÃa sobre la pared de la cámara de combustión bajo la acción de un fuerte vórtice, formando una pelÃcula de aceite muy delgada. Una pequeña cantidad de combustible se atomiza y distribuye en el espacio de la cámara de combustión, encendiéndose primero y luego encendiendo el combustible que se evapora de la pared. Este tipo de cámara de combustión puede hacer que el proceso de trabajo sea suave, de combustión completa, con sonido ligero, sin humo y puede utilizar combustible ligero, la desventaja es que es difÃcil de arrancar a baja temperatura;
La cámara de combustión compuesta fue inventada por la historia de nuestro paÃs en 1964. La cámara de combustión tiene la forma de un recipiente profundo en la parte superior del pistón, con una boca ligeramente estrecha. El vórtice de admisión está formado por un conducto de admisión de forma especial que utiliza un inyector de aguja de un solo orificio. El eje del inyector de combustible es básicamente paralelo a la pared de la cámara de combustión y el combustible se inyecta en el espacio periférico de la cámara de combustión. Bajo la acción del vórtice, las partÃculas gruesas de aceite se dispersan en la pared de la cámara de combustión para formar una pelÃcula de aceite y las partÃculas finas de aceite se mezclan con el aire en el espacio. Cuando la velocidad de rotación es alta, la velocidad del vórtice en la cámara de combustión es alta y aumenta la pelÃcula de combustible de aceite en la pared, lo que tiene las caracterÃsticas de la combustión de la pelÃcula de aceite. Sin embargo, a bajas velocidades y arranque, la velocidad del vórtice es menor, la cantidad de combustible mezclado en el espacio aumenta y tiene las caracterÃsticas de la combustión espacial, lo que puede mejorar el rendimiento del arranque en frÃo.
La cámara de combustión compuesta combina razonablemente la combustión mixta por evaporación de pelÃcula de aceite y la combustión mixta espacial, y tiene las ventajas de ambas, por lo que también se le llama sistema de combustión compuesta. Su proceso de trabajo es suave, puede quemar una variedad de combustibles, tiene bajos requisitos para el sistema de inyección de combustible y es fácil de arrancar. La desventaja es el alto contenido de hidrocarburos no quemados en los gases de escape con cargas bajas.
La cámara de precombustión consta de una cámara de precombustión y una cámara de combustión principal. La cámara de precombustión está ubicada en la culata del cilindro, representa del 25 al 40% del volumen de compresión y tiene uno o varios orificios pasantes conectados a la cámara de combustión principal. El combustible se inyecta en la cámara de precombustión, parte del combustible se quema después del encendido y la mezcla no quemada se inyecta a alta velocidad en la cámara de combustión principal, donde se mezcla aún más con aire para la combustión. Este tipo de cámara de combustión es adecuada para motores diésel de pequeña y mediana potencia.
La cámara de combustión vortex consta de una cámara vortex y una cámara de combustión principal. La cámara de vórtice está ubicada en la culata y tiene forma esférica o de campana invertida y representa del 50 al 80% del volumen total de compresión. Hay un canal tangencial conectado a la cámara de combustión principal. Durante la carrera de compresión, el aire introducido en la cámara de vórtice crea un fuerte movimiento de remolino, que promueve la mezcla del combustible y el aire inyectado en ella. Después de la ignición, el gas mezclado fluye hacia la cámara de combustión principal para formar un flujo secundario, que se mezcla aún más con el aire en la cámara de combustión principal para la combustión.
Tanto la cámara de combustión de la cámara de vórtice como la cámara de combustión de la precámara adoptan inyectores de aguja, que tienen una presión de inyección baja y un funcionamiento confiable porque el vórtice en la cámara de vórtice aumenta con el aumento de la velocidad, cuando el diésel; El motor está a alta velocidad, el diésel y el aire aún pueden mezclarse bien.
La velocidad del motor diésel con cámara de vórtice puede alcanzar más de 4.000 rpm, el proceso de trabajo es suave y hay pocos componentes dañinos en el escape. Sin embargo, la pérdida de calor y la pérdida de flujo de aire son grandes, la postcombustión es grave y la tasa de consumo de combustible es alta, es difÃcil arrancar el automóvil frÃo y, a menudo, es necesario instalar una bujÃa incandescente;
Los motores diésel tienen la importante ventaja de una alta eficiencia térmica y su rango de aplicaciones es cada vez más amplio. A medida que aumenta el grado de refuerzo, el peso por unidad de potencia del motor diésel también disminuye significativamente. Para ahorrar energÃa, los paÃses están prestando atención a mejorar el proceso de combustión y estudiar el uso de combustibles y productos no derivados del petróleo de baja calidad. Además, reducir las pérdidas por fricción, hacer un uso extensivo de la turbocompresión de los gases de escape y aumentar el grado de turbocompresión, reducir aún más el peso, aumentar la velocidad, reducir el consumo de combustible, el ruido y la contaminación son direcciones de desarrollo importantes para los motores diésel.