- , который обеспечивает подачу солярки к форсункам двигателя по строго заданному циклу, который зависит от работы агрегата и прикладываемых водителем усилий к педали акселератора. Многорежимный ТНВД объединяет в себе работу главного исполнительного устройства, функция которого заключается в обработке команд водителя, и автоматическую систему управления силовым агрегатом.
- Форсунки дизельного мотора являются не менее важным, чем ТНВД элементом системы топливоподачи, которые совместно с топливным насосом осуществляют бесперебойную дозированную подачу рабочей смеси в камеру сгорания. Давление в системе топливоподачи зависит от угла размещения форсунки , а форму топливному факелу, от которой зависит вся правильная последовательность самовоспламенения и сгорания топлива, придает распылитель. Встречается два вида форсунок: многодырчатые либо шрифтовые.
- Топливный фильтр, хотя и является простейшим элементом в системе топливоподачи дизеля, все же его отсутствие не сможет обеспечить полноценную работу мотору. Его характеристики (уровень фильтрации и пропускной возможности) обязательно должны быть подобраны в соответствии с типом и показателями мощности силового агрегата. Помимо фильтрации солярки, фильтр еще играет роль отделителя воды. Для этого в его конструкции предусмотрен нижний слив закрытый пробкой. Зачастую на топливный фильтр устанавливается ручная помпа, которая необходима для откачки воздуха из системы.
Ежегодно растет количество транспортных средств, характерный звук работающего силового агрегата которых, выдает его тип. Именно дизельным двигателям будет посвящена эта публикация, в которой постараемся максимально описать их особенности, некоторые рабочие характеристики и отличия от бензиновых моторов.
Отличительные черты дизельных агрегатов, такие как: экономичность, высокие рабочие показатели и топливо, которое стоит дешевле, делают этот вид моторов сегодня еще востребование. Последние модели дизелей по уровню своей шумности и экологическим показателям практически не отличаются от своих бензиновых собратьев , разве что они более экономичны и долговечны.
Особенности конструкции
Конструктивно работающие на солярке моторы ничем не отличаются от бензиновых, и имеют те же детали. За исключением того, что клапанные элементы дизелей производятся более усиленными, иначе они не выдержат всей нагрузки. Для сравнения: степень сжатия дизельного силового агрегата 19-24 единицы, а это в два раза выше, нежели у бензинового. По этой причине дизель имеет немного большие габариты и массу.
Шумная работа этого силового агрегата обусловлена одной его особенностью. Дело в том, что самовоспламенение смеси внутри его цилиндров происходит только в момент возрастания давления. Благодаря этому допускается использование в моторе дешевого топлива (не путать с некачественным), и его работа на необогащенных смесях. За счет этого и достигается экономия. Поскольку агрегат работает на необогащенных смесях, соответственно, его вредные выбросы в атмосферу значительно снижены.
Единственными минусами дизелей принято считать их шумную работу, сопровождаемую вибрацией, проблемы с пуском в холода и меньшую мощность в литраже. Но, подобные недостатки прерогатива исключительно старых моторов, у современных дизелей (ввиду их конструктивных особенностей) эти проблемы исключены.
Дизеля с прямым впрыском
Есть несколько конструкций дизельных моторов, которые отличаются друг от друга строением камеры сгорания. Агрегаты, в которых камера сгорания нераздельна, а впрыск топлива осуществляется непосредственно в пространство над поршнем, называются двигателями с прямым впрыском. Роль камеры сгорания у них играет поршень.
Не так давно непосредственный впрыск применялся исключительно на низкооборотистых дизелях с повышенным рабочим объемом. Подобная мера связывалась только с проблемами при сгорании топлива, постоянной вибрацией и шумной работой.
Однако ситуация изменилась с появлением топливного насоса высокого давления, управляемого при помощи электроники, инновационной системы двухуровневого впрыска и решением проблемы неполного сгорания топлива. Подобные мероприятия позволили получить стабильную работу агрегата уже на 4500 об/мин, сделали его более экономичным и малошумным.
Дизеля с раздельной камерой
Сегодня этот тип дизельных силовых агрегатов широко распространен на легковых транспортных средствах. Топливо в таком моторе впрыскивается в отдельную камеру, а не в цилиндр. Широко распространена модель вихревой камеры, которая располагается у основания блока цилиндров и через специальный канал соединяется с цилиндром таким образом, чтобы воздух, сжимаясь, попадал в нее, и уже далее закручивался внутри наподобие вихря. Это способствует хорошему насыщению смеси и повышает ее самовоспламенение, которое происходит в вихревой камере и уже далее переходит в основную.
При такой конструкции мотора давление в его цилиндрах нарастает постепенно, в результате чего уровень шума агрегата значительно снижается, а обороты – повышаются. Практически на 90% дизельного транспорта установлены двигатели с вихревой камерой.
Топливная система дизелей
Пожалуй, эта система является важнейшей составной частью дизельного мотора, большей частью характеризующая его эффективность. Ее работа заключается в дозированной подаче топлива под определенным давлением и в определенное время. Повышенные требования к точности ее работы, и наличие высокого давления внутри системы делают этот узел дизельного агрегата дорогостоящим и сложным.
Состоит система топливоподачи из:
Управляя педалью акселератора, шофер не уменьшает либо увеличивает подачу рабочей смеси, а всего лишь задает соответствующий режим регуляторам, которые самостоятельно корректируют топливоподачу в зависимости от давления, количества оборотов, положении регуляторов подачи и т. д. Отметим, что большинство выпускаемых сегодня дизельных внедорожников комплектуются распределительным типом ТНВД .
Распределительные ТНВД являются в основном прерогативой дизельных моторов установленных на легковом автотранспорте. Они отличаются правильно отрегулированной топливоподачей и повышенным быстродействием, за счет чего достигается их стабильная работа на высоких оборотах. Однако подобный тип топливных насосов слишком требователен к качеству солярке и ее чистоте, поскольку она смазывает рабочие поверхности их деталей.
Работа форсунки в дизельном агрегате обусловлена слишком тяжелыми для нее условиями. Это связано с тем, что рабочее движение иглы распылителя в два раза меньше оборотов мотора, при этом распылитель форсунки подвергается постоянному воздействию высокой температуры и топливных взрывов при контакте с камерой сгорания. Соответственно, такой элемент должен быть изготовлен из прочных и теплостойких материалов.
Редко, но все же бывают топливные фильтры с электроподогревом, который в разы облегчает запуск агрегата в холодное время.
Особенности запуска дизельных моторов
Благодаря предпусковому подогреву возможен холодный запуск двигателя работающего на солярке. Действует предпусковой подогреватель так: внутри камер сгорания располагаются специальные электрические нагреватели – свечи накаливания. В момент включения зажигания эти элементы обеспечивают мгновенный прогрев камер сгорания, облегчая при этом процесс самовоспламенения рабочей смеси. Соответствующий индикатор в салоне сигнализирует о работе системы.
Как только индикатор погас – силовой агрегат прогрелся и готов к пуску. После запуска мотора на нагревательный элемент, в течение 15-20 сек, еще продолжает поступать электропитание. Это позволяет стабилизировать работу еще холодного двигателя. Отметим, что предпусковой подогреватель способен обеспечить свободный пуск мотору (при условии его полной исправности и наличии соответствующего дизтоплива) при температуре до -30 градусов.
Турбированный дизель
Эффективно увеличить мощность дизельного двигателя возможно только с применением турбонаддува . Благодаря ему в цилиндры дизеля при помощи насоса подается больше воздуха, в результате чего возрастает подача смеси, улучшается ее горение и увеличивается мощность мотора. Поскольку выхлопные газы дизельного двигателя имеют большее в 1,5-2 раза давление в отличие от бензиновых агрегатов, их турбокомпрессор работает эффективнее даже на малых оборотах, что позволяет турбированному дизелю избежать провалов в работе (так называемых «турбоям»).
Однако турбодизель не лишен и недостатков, которые в основном заключаются в несовершенстве конструкции турбокомпрессора. Его рабочий ресурс редко превышает пробег в 150 тыс. км, что гораздо меньше ресурса самого агрегата.
Преимущества использования системы Common-Rail
Благодаря системе электронного управления топливоподачей предусмотрен впрыск солярки двумя последовательными дозами в камеру сгорания. Вначале подается небольшая порция, необходимая для разогрева камеры, а после нее – уже основная. Подобная система дозировки топлива очень важна для дизельных силовых агрегатов, поскольку она обеспечивает плавный рост давления внутри камер сгорания, которое обусловлено меньшей шумностью мотора и его стабильной работой.
Применение системы Common-Rail позволяет сократить потребление топлива на 20%, при этом на 25% повысить крутящий момент коленвала при работе двигателя на низких оборотах.
Видео покажет устройство и принцип работы дизельного двигателя:
Видео расскажет о эксплуатации современных дизельных двигателей:
Принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива при воздействии горячего сжатого воздуха.
Конструкция дизеля в целом мало чем отличается от бензинового двигателя , за исключением того, что в дизеле отсутствует как таковая система зажигания, поскольку воспламенение топлива происходит по другому принципу. Не от искры, как в бензиновом двигателе, а от высокого давления, с помощью которого сжимается воздух, из-за чего тот сильно разогревается. Высокое давление в камере сгорания накладывает особые требования к изготовлению деталей клапанов, которые предназначены для восприятия более серьезных нагрузок (от 20 до 24 единиц).
Дизельные двигатели применяются не только на грузовых, но и на многих моделях легковых автомобилей. Дизели могут работать на различных типах топлива - на рапсовом и пальмовом масле, на фракционных веществах и на чистой нефти.
Принцип действия дизельного двигателя
Принцип действия дизеля основан на компрессионном воспламенении топлива, которое попадает в камеру сгорания и смешивается с горячей воздушной массой. Рабочий процесс дизеля зависит исключительно от неоднородности ТВС (топливно-воздушной смеси). Подача ТВС в таком типе двигателя происходит раздельно.
Вначале подается воздух, который в процессе сжатия нагревается до высоких температур (около 800 градусов по Цельсию) , затем в камеру сгорания под высоким давлением (10-30 МПа) подается топливо, после чего происходит его самовоспламенение.
Сам процесс воспламенения топлива всегда сопровождается высокими уровнем вибраций и шума, поэтому двигатели дизельного типа являются более шумными в сравнении с бензиновыми собратьями.
Подобный принцип работы дизеля позволяет использовать более доступные и дешевые (до недавнего времени:)) виды топлива, снижая уровень затрат на его обслуживание и заправку .
Дизели могут иметь как 2, так и 4 рабочих такта (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск). Большинство автомобилей оснащено 4-х тактовыми дизельными двигателями.
Типы дизельных двигателей
По конструкционным особенностям камер сгорания дизели можно разделить на три типа:
- С разделенной камерой сгорания. В таких устройствах подача топлива осуществляется не в основную, а в дополнительную, т.н. вихревую камеру, которая располагается в головке цилиндрового блока и соединяется с цилиндром каналом. При попадании в вихревую камеру воздушная масса максимально сжимается, тем самым улучшая процесс воспламенения топлива. Процесс самовоспламенения начинается в вихревой камере, затем переходит в основную камеру сгорания.
- С неразделенной камерой сгорания. В таких дизелях камера располагается в поршне, а топливо подается в пространство над поршнем . Нераздельные камеры сгорания с одной стороны позволяют экономить расход топлива, с другой стороны - повышают уровень шума при работе двигателя.
- Двигатели предкамерные. Подобные дизели оснащаются вставной форкамерой, которая соединяется с цилиндром тонкими каналами. Форма и размер каналов определяют скорость движения газов при сгорании топлива, снижая уровень шума и токсичности, увеличивая ресурс работы двигателя.
Топливная система в дизельном двигателе
Основой любого двигателя дизельного типа является его топливная система. Основной задачей топливной системы является своевременная подача нужного количества топливной смеси под заданным рабочим давлением.
Важными элементами топливной системы в дизельном двигателе являются:
- насос высокого давления для подачи топлива (ТНВД);
- топливный фильтр;
- форсунки
Топливный насос
Насос отвечает за подачу топлива к форсункам по установленным параметрам (в зависимости от числа оборотов, рабочего положения регуляторного рычага и давления турбонаддува). В современных дизельных двигателях могут применяться два типа насосов для топлива - рядные (плунжерные) и распределительные.
Топливный фильтр
Фильтр является важной составляющей частью двигателя дизельного типа. Топливный фильтр подбирается строго в соответствии с типом двигателя. Фильтр предназначен для выделения и удаления из топлива воды, и лишнего воздуха из топливной системы.
Форсунки
Форсунки не менее важные элементы топливной системы в дизеле. Своевременная подача топливной смеси в камеру сгорания возможна только при взаимодействии топливного насоса и форсунок. В дизелях применяются два типа форсунок - с многодырчатым и шрифтовым распределителем. Распределитель форсунок определяет форму факела, обеспечивая более эффективный процесс самовоспламенения.
Холодный пуск и турбонаддув дизельного двигателя
Холодный пуск отвечает за механизм предпускового подогрева. Это обеспечивается за счет электрических нагревательных элементов - свечей накаливания, которыми оснащена камера сгорания. При запуске двигателя свечи накаливания достигают температуры в 900 градусов, подогревая воздушную массу, которая попадает в камеру сгорания. Питание со свечи накаливания снимается через 15 секунд после запуска двигателя. Системы подогрева перед запуском двигателя обеспечивают его безопасный запуск даже при низких атмосферных температурах.
Турбонаддув отвечает за повышение мощности и эффективности работы дизеля. Он обеспечивает подачу большего количества воздуха для более эффективного процесса сгорания топливной смеси и увеличения рабочей мощности двигателя. Для обеспечения нужного давления наддува воздушной смеси во всех рабочих режимах двигателя применяется специальный турбонагнетатель.
Остается только сказать, что споры относительно того, что лучше выбрать рядовому автолюбителю в качестве силовой установки в свой автомобиль, бензин или дизель , не утихают до сих пор. Преимущества и недостатки есть у обоих типов двигателя и выбирать необходимо, исходя из конкретных условий эксплуатации автомобиля.
Дизельные двигатели для автомобилей бывают разные, и дело не только в объёме и количестве цилиндров, поэтому попробуем кратко обозреть современный рынок и выяснить, какие из моторов самые надёжные.
Кому рейтинги отдали лидерство?
Ассоциации со словом «дизель» у жителя России всегда однозначны: запах солярки от пассажирского автобуса, чёрная гарь от проезжающего мимо грузовика, винтажные джинсы и часы одноименного бренда. Тем не менее у большинства жителей Европы слово, происходящее от фамилии немецкого изобретателя - это синоним надежного, недорогого и мощного «сердца» автомобиля. В нашей же стране его популярность не такая высокая, видимо, из-за погодных условий и знаний, что солярка густеет на холоде.
Рейтинги надежности, а особенно для автомобилей - дело неблагодарное. Сколько мнений, столько и списков, в которых составитель просто выражает свой взгляд на тот или иной предмет. Именно поэтому хотим обратить внимание, что приводимый ниже рейтинг не претендует стать неоспоримой истиной, а всего лишь попытка систематизировать данные, знания и (частично) личная точка зрения составителя.
В поисках ответа на вопрос, какой двигатель на дизельном топливе занимает ведущее место в комплектации легковых автомобилей, можно заметить, что некоторые рейтинги называют самой лучшей продукцию концернов Mercedes и BMW. Однако ситуация в мире автопромышленности сегодня несколько иная, попробуем разобраться.
Как показывают рейтинги крупных мировых автомобильных салонов, времена, когда дизельные двигатели легковушек представляли собой уменьшенные копии агрегатов, установленных на тяжеловесных грузовиках, ушли в прошлое. Особенно преуспел в выпуске таких моторов известный всем концерн Volkswagen, разработавший двигатель 1,9 TDI. На сегодняшний день он занимает первое место и считается самым сбалансированным по динамике и мощности.
Благодаря новейшим инженерным решениям, в частности, обновлённой турбине и увеличению давления в камерах сгорания, удалось не только добиться уникальных экологических характеристик, но и снизить . Причём мощность осталась на прежнем уровне (90–120 л. с.). Самые новые автомобили серии Passat оборудованы сейчас двигателем с максимальными показателями (комплектация BlueMotion). Расход топлива составляет 3,3 л на 100 км.
Дизельные призёры авторынка
Второе место занимает модификация мотора с трёмя турбинами, принадлежащая немецкой компании BMW. В первый раз этот агрегат был представлен несколько назад. Он обладает 6 цилиндрами и, имея объём 3,0 л, способен развивать мощность в 381 л. с. Комплектуются этими движками новейшие автомобили 5 и 7 серий, а также тяжеловесные кроссоверы с индексами Х5 и Х6. Модификацией его снабжены кабриолеты, имеющие серийный номер 6. Правда она имеет две турбины, за счёт чего мощность уменьшена до 313 л. с.
Не так давно на суд потенциальных покупателей были представлены автомашины, чьи двигатели имеют четыре турбины, и при крутящем моменте в 800 Нм, мощность будет в рамках 390–406 л. с.
Автомашина с четырёхтурбинным двигателем
Третье место нашего рейтинга заняла американская фирма промышленных дизельных движков Cummins, выпустившая суперфорсированный двигатель по заказу известной компании Dodge. Справедливости ради нужно отметить, что заокеанские производители не слишком жаловали вниманием дизельные моторы, предпочитая разрабатывать бензиновые. Однако увеличивающийся в последнее время спрос на автомобили с агрегатами, потребляющими солярку, заставил их обратить внимание на производство дизелей.
Модель показала себя достаточно мощной (240–275 л. с.), но в попытке занять «дизельную» нишу на рынке американцы слукавили и выдали за свою разработку итальянского концерна Fiat. Моделью такого двигателя оборудовался Maserati Ghibli, но из-за кризиса производство было отдано штатовским промышленникам.
Движок этот был признан не только самым экологичным, но и самым инновационным: при его производстве были применены металлы, использующиеся в космической промышленности и фильтры плазменной очистки топлива. То, что двигатель занял только третье место, «заслуга» узкой направленности. Его устанавливают только на спортивные болиды и пикапы Dodge Ram. По экономичности он может дать фору своим конкурентам: расход составляет всего 8,5 л на 100 километров.
Кто не сильно отстал от тройки призеров?
Ворвавшиеся 20 лет назад на мировой автомобильный рынок корейцы не только сумели занять на нем достойное место, но и «подвинуть» в рейтинге японских гигантов. Пройдя длинный путь «от электрочайников до карьерных самосвалов», они также не хотят упускать своей выгоды, которую сулит повышенный спрос на авто, оборудованные дизельными двигателями.
Как всегда, азиатские производители поступили весьма хитро: не желая капитально перестраивать производство и соревноваться с европейцами и американцами в мощности агрегатов, им удалось создать мотор объемом 1,7 л, который может выдавать 110–136 л. с. Не спешите презрительно морщить нос! При таких довольно скромных (по сравнению с продукцией других производителей) данных, дизель компании Hyundai обладает таким невероятным крутящим моментом, что не уступает в динамике бензиновым агрегатам, имеющим мощность 150–170 л. с.
Надо сказать, что таким агрегатом оборудован автомобиль Hyundai i40, поставляемый на европейский рынок. В Корее также дизельные двигатели как-то не нашли широкого применения (или туда еще не дошла волна «моды»), а потому их пока что ставят только на экспортные машины. В последнее время этот же агрегат появлялся на кроссовере с индексом ix35, а сейчас им оснащают такие популярные автомобили, как Grandeur и Sonata. Расход топлива, правда, побольше, чем у конкурентов, но корейцы и не стремятся кого-то удивлять. Их задача – поставлять надежных «рабочих лошадок», способных на среднее потребление топлива, в этом случае – 5,5 л на 100 км.
«Выжав» достаточное количество мощности из автомобилей и завоевав на рынке свою ячейку, японскому концерну Toyota теперь нет смысла кому-то что-то доказывать. Концепция, на которую производители бросили все силы, это экология и экономия при сохранении достаточной мощности. И это им удалось. Создавая двигатель для своего компактного автомобильчика с именем Urban Cruiser, они думали о том, чтобы жителям мегаполисов было не только удобно передвигаться по городу, но и в их головах не включался бы «калькулятор», подсчитывающий расходы на топливо.
Один из самых маленьких на сегодняшний день дизельных агрегатов – это 1,4 л мотор с мощностью всего 90 л. с. Это пятое место нашего рейтинга. Такие параметры, однако, не мешают создавать крутящий момент, позволяющий легко «тянуть» полноприводный автомобиль. Расход же дизельного топлива, в зависимости от режима поездки, составляет от 4 до 6 л на 100 км.
Так какой из них самый надежный?
Такой вопрос немного наивен, так как этот параметр зависит от многих факторов, в том числе и от манеры вождения. Но если выбирать лучший из вышеприведенного перечня, то первенство по надежности будет отдано американцам Cummins с двигателем Dodge.
И дело не в мощности или расходе топлива на 100 км. Скорее всего, роль играют материалы, применяемые в производстве. Блок цилиндра сделан из высокоуглеродистого чугуна, способного выдержать не только высокое давление, но и значительный температурный режим. А его поршни делаются из специального алюминиевого сплава, который применяется в деталях космических аппаратов. Это значит, что они способны выдержать и длительную работу при экстремальных режимах, и резкое повышение нагрузки при смене скоростного режима.
Также двигатель оборудован топливной системой впрыска Common Rail, которая, несмотря на довольно капризное отношение к качеству дизельного топлива, не только значительно экономит его расход, но и играет решающую роль в уменьшении шума мотора. Именно этими двигателями оборудуются как спортивные машины, так и авто повышенной проходимости. То есть, именно те экземпляры автопрома, эксплуатация которых происходит в экстремальных условиях, требуя от мотора не только непревзойденной мощности, но и безупречной надежности.
Если говорить о рейтинге автомобилей, которые подходят для российских дорог, лучше всего обратить внимание на образцы японского производства. Необязательно это будет Toyota (к двигателю которой, кстати, ни у одного российского автолюбителя претензий нет).
Для наших необъятных просторов вполне сгодятся Mazda, Honda, Nissan или вновь возрожденный Datsun. Весьма неплохо показала себя в эксплуатации Subaru.
Дело в том, что европейские машины, оборудованные дизельным двигателем, очень чувствительны к нашей солярке, качество очистки которой оставляет желать лучшего. Как показывают многочисленные отзывы автовладельцев, японские авто менее подвержены неисправностям при пользовании дизельным топливом, благодаря многочисленным устройствам очистки, электронным приспособлениям и встроенным предпусковым подогревателям, не дающим застывать солярке при низком температурном режиме.
Согласно сложившимся представлениям, дизельные двигатели производят много шума, неприятно пахнут и не дают нужной мощности. Считается, что они пригодны лишь для грузовых автомобилей, фургонов и такси. Возможно, в 1980-х гг. все было так, однако с тех пор ситуация в корне поменялась. Дизельные двигатели и органы управления системами впрыска топлива стали гораздо более совершенными. В 1985г. в Великобритании было продано почти 65 000 автомобилей с дизельными двигателями (примерно 3,5% от общего количества проданных автомобилей). Для сравнения, в 1985г. было продано всего 5380. (данные, вероятно, для рынка США).
Основные части дизельного двигателя должны быть прочнее, чем части двигателя, работающего на бензине.
Зажигание. Для зажигания не требуются искры, т.к. смесь воспламеняется под действием компрессии.
Запальные свечи. Нагревают камеру сгорания при холодном старте.
Многие дизельные двигатели были созданы на основе бензиновых двигателей, однако их основные детали обладают повышенной прочностью и способны выдерживать высокое давление.
Топливо попадает в двигатель за счет нагнетательного насоса с дозатором, который обычно прикреплен к боку блока цилиндров. В системе не используется электрическое зажигание.
Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми является снижение эксплуатационных расходов. Дизельные двигатели обладают большей эффективностью за счет сильной компрессии и низкой стоимости топлива. Разумеется, цены на дизель могут варьироваться, поэтому автомобиль с дизельным двигателем обойдется вам дорого, если вы живете в регионе с высокими ценами на дизельное топливо. Кроме того, таким автомобилям реже требуется техобслуживание, однако замена масла для них организуется чаще, чем для автомобилей, которые работают на бензине.
Повышение мощности
Основным недостатком дизельных двигателей является их малая мощность по сравнению с бензиновыми двигателями равного объема.
Эту проблему можно решить, просто увеличив объем двигателя, однако зачастую это приводит к значительному утяжелению автомобиля.
Некоторые производители снабжают свои двигатели турбонагнетателями, чтобы повысить их конкурентоспособность. К примеру, производством турбодизелей занимаются Rover, Mercedes, Audi и VW.
Как работают дизельные двигатели
Впуск
При движении поршня вниз по цилиндру открывается впускной клапан, впускающий воздух.
Компрессия
Когда поршень доходит до нижнего основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Поршень поднимается, сжимая воздух.
Зажигание
Топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень доходит до верхнего основания. При этом топливо воспламеняется и снова приводит поршень в движение.
Выпуск
На обратном пути поршень открывает клапан выпуска, и отработанный газ выходит из цилиндра.
Четырехтактные дизельный и бензиновый двигатели работают по-разному, несмотря на то, что в их состав входят одинаковые компоненты. Основное отличие заключается в способе зажигания топлива и управления получаемой в результате энергией.
В двигателе, работающем на бензине, смесь воздуха и топлива зажигается от искры. В дизельном двигателе топливо воспламеняется под действием сжатого воздуха. В дизельных двигателях воздух сжимается в среднем в соотношении 1/20, в то время для бензиновых двигателей - это соотношение в среднем равно 1/9. Такое сжатие сильно нагревает воздух до температуры, достаточной для мгновенного воспламенения топлива, поэтому при использовании дизельного двигателя нет нужды в искрах или других способах зажигания.
Бензиновые двигатели поглощают очень много воздуха за один такт поршня (конкретный объем зависит от степени открытия отверстия дросселя). Дизельные двигатели всегда поглощают один и тот же объем, который зависит от скорости, при этом воздухопровод не оснащен дросселем. Его перекрывает один впускной клапан, а в двигателе отсутствует карбюратор и дисковый затвор.
Когда поршень достигает нижнего основания цилиндра, впускной клапан открывается. Под действием энергии от других поршней и импульса от махового колеса поршень отправляется к верхнему основанию цилиндра, сжимая воздух примерно в двадцать раз.
Как только поршень достигает верхнего основания, в камеру сгорания впрыскивается тщательно отмеренный объем дизельного топлива. Нагретый при сжатии воздух мгновенно воспламеняет топливо, которое расширяется при сгорании и снова отправляет поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.
Когда поршень двигается вверх по цилиндру на такте выпуска, выпускной клапан открывается, позволяя отработанным и расширившимся газам выйти в выхлопную трубу. В конце такта выпуска цилиндр снова готов к новой порции свежего воздуха.
Конструкция дизельного двигателя
Дизельный и бензиновый двигатель состоят из одинаковых частей, которые выполняют одни и те же функции. Тем не менее, части дизельного двигателя обладают повышенной прочностью, т.к. они призваны выдерживать большую нагрузку.
Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще стенок блока бензинового двигателя. Они укреплены дополнительными решетками, которые блокируют импульсы. Помимо этого, блок дизельного двигателя эффективно поглощает шумы.
Поршни, шатуны, валы и крышки корпуса подшипников изготавливаются из самых прочных материалов. Головка цилиндра дизельного двигателя имеет особый вид, связанный с формой форсунок, а также формами камеры сгорания и вихрекамеры.
Впрыск
Для плавной и эффективной работы любого двигателя внутреннего сгорания требуется правильная смесь воздуха и топлива. Для дизельных двигателей эта проблема особенно актуальна, т.к. воздух и топливо подаются в разное время, смешиваясь внутри цилиндров.
Впрыск топлива в двигатель может быть прямым и непрямым. По сложившейся традиции чаще используется непрямой впрыск, т.к. он позволяет создавать вихревые потоки, которые смешивают топливо и сжатый воздух в камере сгорания.
Прямой впрыск
При прямом впрыске топливо опадает прямо в камеру сгорания, расположенную в головке поршня. Такая форма камеры не позволяет смешивать воздух с топливом и поджигать получившуюся смесь без жесткого стука, характерного для дизельных двигателей.
В двигателе с непрямым впрыском обычно присутствует небольшая спиральная вихрекамера (форкамера). Перед попаданием в камеру сгорания топливо проходит через вихрекамеру, и в нем образуются вихревые потоки, обеспечивающие лучшее смешивание с воздухом.
Недостатком такого подхода является то, что вихрекамера становится частью камеры сгорания, а значит, вся конструкция приобретает неправильную форму, вызывает проблемы при сгорании и негативно влияет на эффективность работы двигателя.
Непрямой впрыск
При непрямом впрыскивании топливо попадает в небольшую форкамеру, а оттуда - в камеру сгорания. В результате конструкция приобретает неправильную форму.
Двигатель с прямым впрыском не оборудован вихрекамерой, и топливо прямиком попадает в камеру сгорания. При проектировании камер сгорания в головке поршня инженеры должны уделять особое внимание их форме, чтобы обеспечить достаточную силу вихрей.
Запальные свечи
Чтобы разогреть головку блока цилиндров и блок цилиндров перед холодным стартом, в дизельных двигателях используются запальные свечи. Короткие и широкие свечи являются составной частью электросистемы автомобиля. При включении питания элементы в свечах очень быстро нагреваются.
Запальные свечи включаются при особом повороте колонки рулевого управления или с помощью отдельного переключателя. В последних моделях свечи выключаются автоматически, как только двигатель разогревается и разгоняется до скорости, превышающей скорость холостого хода.
Управление скоростью
В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.
Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.
Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном - отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос. После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.
Как заводится дизельный двигатель
Дизельные двигатели, подобно бензиновым, заводятся при включении электромотора, запускающего цикл сжатия и воспламенения. Тем не менее, при низкой температуре дизельные двигатели заводятся с трудом, потому что сжатый воздух не разогревается до температуры, необходимой для воспламенения топлива.
Для решения этой проблемы производители изготавливают запальные свечи. Запальные свечи представляют собой питаемые от батареи электроотопители, которые включаются за несколько секунд до запуска двигателя.
Дизельное топливо
Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно не проходит очистку, а потому представляет собой вязкую тяжелую жидкость, которая испаряется довольно медленно. Благодаря этим физическим свойствам дизельное топливо иногда называют дизельным маслом или мазутом. В сервисных центрах и на заправках автомобили, работающие на дизельном топливе, часто называют дервами (от diesel-engined road vehicles).
В холодную погоду дизельное топливо быстро густеет или даже замерзает. Кроме того, в нем содержится небольшое количество воды, которая также может замерзнуть. Все виды топлива поглощают из атмосферы воду. Более того, она нередко проникает в подземные резервуары. Допустимое содержание воды в дизельном топливе - 0,00005-0,00006%, т.е. четверть стакана воды на 40 литров топлива.
Лед или водяная пробка может заблокировать топливопроводы и форсунки, что делает невозможной работу двигателя. Именно поэтому в холодную погоду можно увидеть водителей, которые пытаются подогреть топливопровод с помощью паяльника.
В качестве превентивной меры можно возить с собой дополнительный бак, однако современные производители уже добавляют в топливо примеси, которые позволяют использовать его при температуре выше -12-15°C.
Описание конструкции
Дизельный двигатель - это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней, имеющий такую же базовую конструкцию и рабочий цикл, что и бензиновый двигатель. Главное отличие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в используемом топливе и способе воспламенения топлива для обеспечения его сгорания.
Работа
В дизельных двигателях для зажигания воздушно-топливной смеси в камере сгорания используется теплота сжатия. Такое зажигание выполняется с использованием высокого давления сжатия и дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания под очень высоким давлением. Комбинация дизельного топлива и высокого давления сжатия обеспечивает самовоспламенение, позволяющее начать цикл сгорания.
Блок цилиндров
Блоки цилиндров дизельного и бензинового двигателя аналогичны друг другу, но в их конструкции имеются некоторые различия. В большинстве дизельных двигателей используются гильзы цилиндров, а не цилиндры, выполненные как часть блока. При использовании гильз цилиндров может быть выполнен ремонт, позволяющий эксплуатировать двигатель в течение длительного времени. На тех дизельных двигателях, в которых не используют гильзы цилиндров, стенки цилиндра толще, чем стенки на бензиновом двигателе с аналогичным рабочим объемом. Для увеличения опорной поверхности коленчатого вала дизельные двигатели имеют более тяжелые и более толстые коренные перемычки.
Мокрые гильзы цилиндров
Мокрые гильзы цилиндров, используемые в дизельных двигателях, аналогичны используемым в бензиновых двигателях. Физические размеры гильз могут отличаться, чтобы соответствовать рабочим условиям дизельного двигателя.
Коленчатый вал
Коленчатый вал, используемый в дизельных двигателях имеет конструкцию, аналогичную конструкции коленчатого вала на бензиновых двигателях, но с двумя отличиями:
Коленчатые валы дизельных двигателей обычно кованые, а не литые. Ковка делает коленчатый вал более прочным.
. Шейки коленчатого вала дизельного двигателя обычно больше по размеру, чем шейки коленчатого вала бензинового двигателя.
Увеличение шеек позволяют коленчатому валу выдерживать большие нагрузки.
Шатуны
Шатуны, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из кованной стали. Шатуны дизельных двигателей отличаются от шатунов бензиновых двигателей тем, что крышки смещены и имеют мелкие зубья на поверхности сопряжения с шатуном. Конструкция со смещением и мелкими зубьями помогает удерживать крышку на месте и уменьшает нагрузку на болты шатуна.
Поршни и поршневые кольца
Поршни, используемые в дизельных двигателях, предназначенных для работы в легких условиях, выглядят аналогично поршням, используемым в бензиновых двигателях. Дизельные поршни тяжелее чем поршни бензиновыхдвигателей, потому что дизельные поршни обычно изготавливаются из кованной стали, а не из алюминия, и больше внутренняя толщина материала.
Компрессионные кольца, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из чугуна и часто покрываются хромом и молибденом, что позволяет уменьшить трение.
Головка цилиндров
Внешне головка цилиндров дизельного двигателя во многом выглядит подобно головке цилиндров бензинового двигателя. Но имеется много внутренних конструктивных различий, которые делают дизельные двигатели иными, оригинальными.
На дизельном двигателе сама головка цилиндров должна быть намного более прочной и более тяжелой, чтобы выдержать большие тепловые нагрузки и воздействие давления. Конструкция камеры сгорания и воздушные каналы на дизельных двигателях могут быть более сложными, чем на бензиновом двигателе.
В дизельных двигателях используются несколько конструкций камер сгорания, но две конструкции наиболее распространены: неразделенная камера сгорания и вихревая камера.
Конструкция с неразделенной камерой сгорания
Наиболее распространенный тип камеры сгорания для дизельного двигателя - это неразделенная камера, также известная как камера сгорания с прямым впрыскиванием. В неразделенной конструкции обеспечение турбулентности (завихрения) впускаемого воздуха происходит за счет формы канала впуска воздуха. Топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания.
Конструкция с вихревой камерой
В конструкции с вихревой камерой используются по две камеры сгорания для каждого цилиндра. Главная камера соединяется узким каналом с меньшей по размеру вихревой камерой. В вихревой камере находится топливная форсунка. Вихревая камера предназначается для обеспечения начала процесса сгорания. Впускаемый воздух вводится в вихревую камеру через узкий канал. Затем в вихревую камеру впрыскивается топливо, и образуемая смесь загорается. После этого горящая смесь входит в главную камеру сгорания, где и заканчивает свое горение, заставляя поршень перемещаться вниз.
Клапаны и седла клапанов
Клапаны дизельного двигателя изготавливаются из специальных сплавов, которые способны хорошо работать при высоком теплообразовании и давлении, характерным для дизельного двигателя. Некоторые клапаны частично заполняются натрием, который помогает отводить тепло. Большой процент от тепла передается от головки клапана седлу клапана. Для обеспечения соответствующей теплопередачи особое внимание должно быть уделено ширине седла клапана.
Широкое седло клапана имеет преимущество, заключающееся в способности передавать большее количество тепла. Однако, широкое седло клапана имеет и большую возможность накопления отложений нагара, которые могут стать причиной протечек в клапане. Узкое седло клапана обеспечивает лучшее уплотнение, чем широкое седло клапана, но не передает такое же количество тепла. В дизельном двигателе необходим компромисс между широкими и узкими седлами клапанов.
В дизельных двигателях часто используются вставные седла клапанов. Вставки имеют преимущество, заключающееся в возможности их замены. Вставные седла клапанов изготавливаются из специальных металлических сплавов, которые выдерживают воздействие тепла и давления дизельного двигателя.
Система подачи топлива
Обычная конструкция
В обычной системе подачи дизельного топлива топливо вытягивается из топливного бака, отфильтровывается и подается к насосу высокого давления. Топливо под высоким давлением доводится до требуемого давления и подается к топливному коллектору, который питает топливные форсунки. Система управления впрыскиванием в соответствующие моменты времени активизирует форсунки, которые на ходе сжатия поршня впрыскивают топливо для его последующего сгорания.
Конструкция с общим топливным коллектором ("Common rail")
В дизельных двигателях с общим топливным коллектором используются независимые системы создания давления топлива и впрыскивания топлива. Топливный насос высокого давления вытягивает топливо от бака и подает его через регулятор давления к общему топливному коллектору. Насос высокого давления состоит из перекачивающего насоса низкого давления и камеры высокого давления. Впрыскивание топлива управляется модулем управления силовым агрегатом (РСМ) и модулем управления форсунками (IDM), который регулирует продолжительность открытого состояния форсунок в зависимости от рабочих условий двигателя.
В конструкции с общим топливным коллектором уровень токсичности отработавших газов значительно уменьшен и минимизирован шум при работе. Все это следствие большего управления процессом сгорания. Регулировка давления топлива и фазы работы форсунок управляются ЮМ и РСМ. Также изменена конструкция форсунки, которая теперь позволяет выполнять предварительное(пред-впрыскивание)и заключительное (пост-впрыскивание) впрыскивание топлива на различных стадиях хода сжатия и рабочего хода.
Улучшенное управление подачей топлива позволяет обеспечивать более чистое, более устойчивое сгорание и создавать требуемое давление в цилиндрах. Это оказывает влияние на уменьшение токсичности выхлопа и шума при работе.
Система смазки
Система смазки, используемая в дизельных двигателях, по принципу действия аналогична системам бензиновых двигателей. Большинство дизельных двигателей имеют маслоохладитель того или иного типа, помогающий отводить тепло от масла. Масло течет под давлением по каналам двигателя и возвращается к картеру двигателя.
Смазочное масло, используемое в дизельных двигателях, отличается от масла, используемого в бензиновых двигателях. Специальное масло необходимо по той причине, что при работе дизельного двигателя происходит большее загрязнение масла, чем в бензиновом двигателе. Высокое содержание углерода в дизельном топливе заставляет масло, используемое в дизельных двигателях, изменять свой цвет вскоре после начала его использования. Должно использоваться только такое моторное масло, которое предназначено специально для дизельных двигателей.
Система охлаждения
Система охлаждения дизельного двигателя обычно имеет больший заправочный объем, чем система охлаждения бензинового двигателя. Температура внутри дизельного двигателя должна тщательно контролироваться, потому что для самовоспламенения топлива используется тепло.
Если температура двигателя слишком низкая, возникают следующие проблемы:
Повышенный износ
. Плохая экономия топлива
. Скапливание воды и отстоя в картере двигателя
. Потеря мощности
Если температура двигателя слишком высокая, возникают следующие проблемы:
Повышенный износ
. Задиры
. Детонация
. Прогорание поршней и клапанов
. Проблемы со смазкой
. Заклинивание движущихся частей
. Потеря мощности
Система впрыскивания топлива
Дизельный двигатель работает по принципу самовоспламенения. Впускаемый воздух и топливо сжимаются в камере сгорания так сильно, что молекулы нагреваются и загораются без помощи внешней искры зажигания. Степень сжатия дизельного двигателя намного выше, чем степень сжатия бензинового двигателя. Значение степени сжатия в дизельных двигателях с прямым забором воздуха равняется приблизительно 22:1. Турбодизельные двигатели имеют степень сжатия в диапазоне 16.5-18.5:1. Создается давление сжатия, и температура воздуха возрастает приблизительно с 500 °С до 800 °С (от 932 °F до 1 472 °F).
Дизельные двигатели могут работать только с системой впрыскивания топлива. Смесеобразование происходит только в фазе впрыскивания и сгорания топлива.
В конце хода сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания, где оно смешивается с горячим воздухом и загорается. Качество этого процесса сгорания зависит от качества смесеобразования. Т.к. топливо впрыскивается столь поздно, оно не имеет много времени для смешивания с воздухом. В дизельном двигателе соотношение "воздух -топливо" постоянно поддерживается на уровне больше чем 17:1, таким образом обеспечивается сгорание всего топлива. За более подробной информацией обратитесь к публикации "Работа двигателя и его систем".
