С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Двигатель дизельный на


Дизельный двигатель

В последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами. Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, продаваемых в Европе. Густой черный дым из выхлопной трубы, громкое тарахтение и неприятный запах остались далеко в прошлом. Дизельные моторы сегодня – это не только экономичность, но также высокая мощность и достойные динамические характеристики.

Современный дизель стал тихим и экологически чистым. Как же удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели? Рассмотрим все по порядку…

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте.

В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.

Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода.

Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Поршни и свечи дизеля

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

Камеры сгорания дизельного двигателя

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Системы питания

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима.

Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо — воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом.

В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как «волновое гидравлическое давление». При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, «бегающие» по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

Насос-форсунка дизельного двигателя

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля.

Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Дизельный двигатель — бортжурнал KIA Venga PAPPин dieselёк 2012 года на DRIVE2

Я хочу собрать выжимку из основных ценных фактов про дизель. Цель — изучаю сам, помогу кому то еще, надеюсь.

Дизельный двигательДизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.

В дизельных двигателях происходит сжатие чистого воздуха, а не топливо-воздушной смеси. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия.

Работа четырёхтактного дизельного двигателя.

1-й такт. Впуск. Соответствует 0°—180° поворота коленвала. Через открытый впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190—210° клапан закрывается. При этом какое то время при этом открыт и выпускной клапан. Время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов.2-й такт. Сжатие. Соответствует 180° — 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ, сжимает воздух от 16 до 25 раз.3-й такт. Рабочий ход, расширение. Соответствует 360°—540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение. Наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, а продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном дизеле — величина постоянная и изменению в процессе работы не подлежит. Сгорание топлива в дизеле происходит, таким образом, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент.

Из этого следуют два важных вывода:1. Процесс горения в дизеле длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода. Это приводит к тому, что рабочий процесс в дизеле протекает при постоянном давлении.

2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре дизеля может существенно отличаться от стехиометрического, причем очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объема камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей ( черный дым из глушителя ).

4-й такт. Выпуск. Соответствует 540°—720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520—530° выхлопной клапан, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.Далее цикл повторяется.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:Дизель с неразделённой камерой: камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется предвпрыск.

Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для легких дизелей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.

(из материалов википедии)

Вообще нельзя оперировать понятием бедной/богатой смеси для дизеля? Ведь не так работает, как бензин.

Возьму на себя смелость разместить здесь видеоматериалы. Взято с ютюба по любезной подсказке коллеги Barbosi )) Материал учебный, никакой суперинформации не содержит, и надеюсь, что никто возражать не будет.

Дизельные двигатели

Французский ученый С. Карно в 1824 году создал основы термодинамики. В этой работе он, в числе многого другого, утверждал, что заставить тепловую машину работать наиболее экономично можно, доводя рабочее тело до температуры вспышки топлива сжатием. Фактически он сформулировал принцип, на котором работают дизельные двигатели. Оставалось только взять и сделать такой двигатель. Но этого пришлось ждать еще несколько десятков лет.

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на первый двигатель (показан на рисунке), работающий на сжатии воздуха до температуры вспышки. В 1987 году первый «дизель-мотор» (так немцы называют двигатель с воспламенением от сжатия) заработал и доказал свою эффективность.

По сравнению с «отто-мотором» (бензиновый двигатель со свечами зажигания) новый двигатель был более тяжелым и поначалу не внушал большого энтузиазма. Но только поначалу. Устройство дизельного двигателя первых образцов включало воздушный компрессор для впрыскивания топлива.

Сам Дизель вначале предполагал применить совсем уж экзотический вариант: угольная пыль. Смесь угольной пыли и воздуха, конечно, способна работать в двигателе, но за сколько часов абразивные частицы съедят кольца, поршни, седла и тарелки клапанов, об этом как-то не подумали. Да и саму угольную пыль получить не так просто.

Из-за тяжелого компрессора двигатель оказывалось невозможно применить на наземном транспорте. Но в работе он расходовал так мало горючего и работа его была настолько устойчивой, что отказаться от него было уже невозможно. Расчеты показывали, что от двигателя можно ожидать значительно большую мощность, если решить проблему с подачей топлива.

У инженеров возникла идея заменить компрессор плунжерным насосом. Качать топливо в жидком виде было чрезвычайно выгодно, на это уходит гораздо меньше энергии, а насос можно сделать совсем небольшим. Однако, изготовить плунжерную пару было не так просто. Дело в особой точности изготовления — расстояние между деталями составляет 2-3 микрона.

Все же дизелям нашлась работа. Впервые они были установлены на немецких подводных лодках еще при кайзере Вильгельме. (Возможно, с этим как раз связано темная история исчезновения самого изобретателя, утонувшего в Ла-Манше по дороге в Англию.)

В 1920 году Роберт Бош наконец, получает качественный плунжерный насос. В цилиндры двигателя научились подавать больше топлива. Теперь обороты дизельного двигателя и его удельная мощность, становятся достаточными для установки на автотранспорте. Вместе с насосом Бош разрабатывает и очень удачную форсунку для топлива.

Сгорание топлива в дизельном двигателе

Проще всего понять, как работает дизельный двигатель, если посмотреть на сгорание топлива в нем. В дизелях используется тяжелое топливо. Это означает, что двигатель внутреннего сгорания такого типа может работать на керосине (известном как солярка), мазуте, сырой нефти, и даже на некоторых растительных маслах.

Все эти виды топлива более калорийны, чем бензин. Так что, рабочая температура дизельного двигателя заметно выше, чем у бензинового. Но тяжелые виды топлива горят хуже, чем бензин, медленнее и трудно поджигаются. Для их воспламенения требуется большая степень сжатия, воздушно-топливная смесь должна нагреваться до 700-800°С.

Вязкость любого из дизельных видов топлива, даже в подогретом состоянии, выше бензиновой, а распылять его необходимо до мельчайшего состояния, особенно в быстроходных дизелях. Еще экспериментальный двигатель Дизеля работал при впрыске топлива под давлением не менее 50 бар (атм), а практический двигатель требует 100-200 бар.

Однако, у тяжелых калорийных топлив есть свое преимущество перед бензином. Давление в цилиндре дизеля практически постоянно на всем такте расширения, поэтому крутящий момент у них весьма значителен и стабилен. Благодаря постоянному давлению, угол опережения зажигания также остается постоянным и регулировки не требует. Ресурс дизельного двигателя больше, чем у бензинового. Есть области, где дизель практически незаменим, например в сельскохозяйственном тракторе.

Разновидности дизельных двигателей

Принцип действия дизельного двигателя для всех из них одинаков: сначала производится сжатие свежего заряда рабочего тела (воздуха), затем впрыскивается топливо. От высокой температуры смесь воспламеняется и сгорает, поднимая давление. Под его действием поршень двигается обратно и в нижней точке выпускной клапан цилиндра открывается, выпуская отработанный газ. В основном, это углекислый газ, дизельные двигатели экологически чище бензиновых.

Камеры сгорания дизелей могут выполняться непосредственно в днище поршня — там делается выемка особой формы — или в ряде случаев используют предкамеры (или форкамеры, как это говорят на родине двигателя). Первый вариант — самый экономичный, второй считался оптимальным в прежние годы. Сейчас, когда экономичность, во многих случаях, считается решающей, от предкамерных вариантов снова отказываются.

Рабочий процесс в дизеле может протекать, как и в бензиновом двигателе, в два или четыре такта. Подавляющее большинство дизелей — четырехтактные. Двухтактные проще реверсировать, поэтому они распространены на морских судах, где применяется жесткая связь с гребным валом. Камеры сгорания в двухтактных дизелях не разделяются из-за очевидных проблем с продувкой форкамеры.

Конструкция дизельного двигателя зависит от его мощности и назначения. Наиболее мощные двигатели, применяемые на судах и некоторых электростанциях, имеют крейцкопф — устройство для снижения боковых сил на поршень. Все мощные дизели имеют сложно устроенное дно, потому, что подвергаются высокой температуре.

Часть, обращенная в цилиндр, делается стальной, а остальная часть поршня (юбка) — алюминиевой. Кроме того, в поршне сделаны канавки для системы масляного охлаждения.

Типы дизельных двигателей различаются и по расположению цилиндров. Бывает рядовое, V-образное и даже такое, при котором цилиндры располагаются с разворотом на 180 градусов. Это зависит от тех условий, которые имеются на месте установки двигателя. Например, на современном грузовике или автобусе, скорее всего, будет применен двухрядный дизель, установленный под полом кабины водителя. Как устроен дизельный двигатель, будет зависеть и от наличия наддува.

Турбонаддув дизелей

Мощность дизельного двигателя, без увеличения расхода топлива, можно повысить при помощи турбокомпрессора. Тогда можно использовать еще неплохой кусочек диаграммы цикла Карно. Эксплуатация дизельного двигателя с турбокомпрессором имеет то преимущество, что используя энергию выхлопных газов можно раскрутить турбину, и на том же валу установить другую турбину — компрессор.

Этот компрессор будет нагнетать воздух, поступающий через впускной коллектор, увеличится заряд воздуха в цилиндрах, и, таким образом, мощность двигателя заметно возрастет. (Работу таких двигателей легко узнать по характерному свисту в момент раскручивания турбины.)

Плюсы и минусы дизелей

Преимущества дизельного двигателя — это высокий и постоянный крутящий момент в сочетании с высокой экологичностью выхлопных газов (это относится, правда, только к современным двигателям). Также вне конкуренции их высокий КПД, самый высокий среди ДВС. Известны дизели (MAN) дающие свыше 50%, (что считалось «теоретическим» максимумом). Там использован максимум всех современных достижений. Экономичность достигает до 40%, если провести сравнение с бензиновыми.

Проблемы дизельных двигателей, а без них техники не бывает, заключаются в тяжелом пуске, из-за высокой степени сжатия (до 25 в современных двигателях), на автомобилях приходится ставить мощный стартер и аккумулятор. Большая точность изготовления деталей насосов высокого давления и форсунок затрудняет обслуживание.

Дизели крайне чувствительны к механическим загрязнениям топлива, для очистки которого приходится применять даже центрифугу в составе топливной аппаратуры. При равном объеме в литрах, дизельный двигатель уступает бензиновому по мощности, при равной мощности дизель тяжелее. Дизельный двигатель требует более качественных сплавов для своего изготовления и заметно дороже бензинового.

И все же, сравнивая преимущества и недостатки дизельного двигателя, можно сделать выбор в пользу дизеля. Особенно этому способствует технический прогресс в области электроники и блоков управления двигателями. Система «общая магистраль» (common rail) и электромагнитные форсунки позволяет сильно упростить ТВНД, а блок управления доводит экономию топлива до максимума, поскольку работает на любых переходных режимах и успевает все отследить.

Дизельный двигатель.

Дизельный двигатель становится всё более популярным во всём мире, в том числе и в странах СНГ, так как многие водители начинают понимать, что современный дизель — это уже далеко не тот чадящий агрегат, который устанавливался на наши Камазы.

Современная техника постоянно развивается и современные дизельные иномарки уже почти ни чем не уступают машинам с бензиновыми моторами по шумности, мощности и надёжности (я имею в виду мощные дизеля с турбокомпресором), а в плане экономичности и большего крутящего момента превосходят даже самые современные бензиновые моторы.

В этой статье будет описано устройство и принцип работы дизельного двигателя, а так же будут даны ссылки на полезные статьи по доработке и ремонту дизельного двигателя и его важных деталей, которые помогут многим автовладельцам (особенно в глубинке) забыть про автосервис.

Многие начинающие водители никак не могут определиться, что выбрать бензиновую иномарку или дизельную (подробнее о плюсах и минусах дизеля и бензина я написал отдельную статью, которая поможет новичкам определиться с выбором и которая находится вот тут). Но те водители, которые всё же отдали предпочтение дизельной машине, поняв все её прелести, как правило уже никогда не покупают бензиновый автомобиль.

Устройство и принцип работы дизельного двигателя.

Если снять всё навесное оборудование, в том числе и топливную аппаратуру, то дизельный мотор почти ни чем не отличается от бензинового (за исключением дополнительных отверстий в головке для форсунок). Тот же блок цилиндров, головка с ГРМ (газораспределительным механизмом), тот же маховик, закреплённый на коленвалу сзади, и шкивы для ремня газораспределения, закреплённые на валах спереди.

Но если слить масло и снять поддон двигателя и посветить фонариком снизу, то в глаза бросаются более мощные (массивные) шатуны и поршни (при одинаковом рабочем объёме с бензиновыми двигателями), которые изготовлены с запасом прочности, так как дизельный двигатель при работе испытывает немного бóльшие нагрузки. Но несмотря на это (благодаря усиленным деталям) современные дизеля проходят (при заботливом уходе и современном ТО) без капитального ремонта миллион и более километров.

Ещё одно отличие дизеля от бензинового мотора — это несколько иная форма камеры сгорания (форкамеры) которые на дизельном двигателе способствуют большей степени сжатия, позволяющей дизельному топливу легче воспламениться при сжатии.

Ну и самое главное отличие дизеля от бензинового двигателя — это конечно же способ воспламенения топлива. На дизеле нет свечей зажигания, которые на бензиновом моторе поджигают в нужный момент бензо-воздушную смесь.

Есть свечи накаливания, которые при включении ключа «зажигания» разогревают примерно на несколько секунд (зависит от температуры двигателя и окружающего воздуха) воздух в камерах сгорания и облегчают поднятие температуры при сжатии и тем самым облегчают самовоспламенение дизельного топлива.

После поворота ключа, на панели приборов загорается контрольная лампочка, при угасании которой (или при изменение цвета с красного на зёлёный) можно запускать дизельный двигатель. Отключаются свечи накаливания на современных дизелях не сразу после пуска мотора, а по истечении нескольких секунд и даже минут (зависит от температуры двигателя и окружающего воздуха).

Свечи накаливания работают некоторое время и после пуска мотора, что позволяет двигателю более устойчиво работать пока он не прогрет, да и выброс вредных веществ при прогреве дизеля значительно уменьшается.

Работают свечи накаливания на современных дизелях в две ступени, и за их работу отвечает реле свечей (подробнее о работе реле свечей накаливания и как проверить его исправность читаем вот тут).

Свечи накаливания подогревают воздух в форкамерах в холодное время и облегчают запуск дизеля, но в воспламенении топлива главную роль играет температура сжатия впрыснутого в форкамеру топлива (в нужный момент), которое самовоспламеняется, когда при сжатии в форкамере будет достигнута температура самовоспламенения дизельного топлива равная: для летнего топлива 310°С, а для зимнего — 240°С, ну и для арктического топлива — 230°С.

Кстати, многие водители считают, что зимой дизельный двигатель заводится хуже, чем бензиновый мотор. Это ошибочное мнение и дело даже не в свечах накаливания, которые облегчают холодный запуск дизеля и иногда выходят из строя.

А всё дело в том, что главным фактором надёжного запуска дизельного двигателя при минусовых температурах является состояние его цилиндро-поршневой группы, которая в состоянии создать требуемую для надёжного пуска компрессию, особенно при минусовой температуре. Ведь чем выше компрессия в цилиндрах дизеля, тем больше давление сжатия, а значит легче самовоспламенение топлива.

И наоборот, чем больше пробег дизельного мотора и меньше в нём компрессия, тем меньше давление сжатия, а значит труднее топливу самовоспламениться и труднее мотору завестись. Имеется чёткая зависимость надёжного пуска от показателя компрессии и температуры воздуха.

Подробно об этом можно почитать в статье «Компрессия дизельного двигателя — всё о ней», где я чётко показал минусовые температуры и требуемые показатели компрессии, при которых дизель успешно заведётся в мороз.

Здесь так же важным фактором является и пусковая частота (см. таблицу слева), которая зависит от состояния аккумуляторной батареи и стартера.

Подробно, почему дизельный двигатель плохо запускается при похолодании, советую почитать вот тут, и надеюсь прочитав советы, изложенные там, у вас вообще отпадёт такая проблема, как трудный запуск дизельного двигателя зимой.

Что ещё хотелось бы отметить: форкамеры на дизельных двигателях разных поколений несколько отличаются. Самой распространённой схемой является раздельная камера, в которой топливо впрыскивается форсункой в отдельную камеру, которая сообщается с основной камерой специальным каналом.

Причём выполненная в головке цилиндров вихревая камера соединяется с цилиндром мотора так, чтобы в момент сжатия воздух, вместе с впрыснутым топливом, интенсивно закручивался (отсюда и название вихревой камеры) для улучшения смесеобразования (смешивания воздуха с топливом), самовоспламенения и вообще для оптимизации процесса горения.

Причём начало воспламенения топлива происходит в вихревой камере и продолжается в основной камере. Кстати, самые старые дизеля тоже имели раздельные камеры.

Ещё достаточно много дизельных моторов с нераздельной (общей) камерой сгорания (так называемые дизеля с непосредственным впрыском топлива). В таких моторах дизельное топливо впрыскивается непосредственно в пространство над поршнем, камера сгорания в головке по объёму очень мала а в донышках поршней имеются дополнительные камеры сгорания (впадины).

И от того, что камеры сгорания очень малы, ошибка в установке ремня ГРМ всего на один зуб, может привести к печальным последствиям — встрече поршней и клапанов — подробнее об этом здесь — кстати там даны полезные советы, которые помогут избежать ошибок при обслуживанию современных дизелей.

Дизельные двигатели с непосредственным впрыском низкооборотистые и большеобъёмные и распространены как правило на грузовиках, хотя встречаются и на легковых иномарках (но чаще с достаточно большим рабочим объёмом двигателя). И такие моторы (на более старых грузовиках и бусах ) обладали более повышенной вибрацией и шумом.

Но в последнее время подобные дизеля, благодаря установки на них топливной аппаратуры (ТНВД) с электронным управлением, которая позволяет применить двухступенчатый впрыск топлива и оптимизировать процесс сгорания топлива, стали работать намного тише и с гораздо меньшей вибрацией. Ну и экономичность таких дизельных двигателей, благодаря электронике, стала ещё заметнее.

Ну и самые современные дизельные двигатели стали оснащаться системой  Common-Rail, которая сделала скачок в усовершенствовании современных дизелей и вывела их на новый уровень совершенства. Благодаря электронному управлению впрыском топлива в этой системе, расход топлива стало возможным уменьшить на 20 процентов, при этом подняв крутящий момент во всём диапазоне оборотов (особенно на малых) примерно на 25 процентов.

Ну и что не менее важное для европейских стран, так это благодаря системе Common-Rail удалось существенно понизить количество сажи в выхлопных газах (ну и ещё благодаря сажевому фильтру) и удалось уменьшить шумность дизельного двигателя почти наравне с современными бензиновыми моторами. Звук современного дизеля стал даже убаюкивающим, похожим на мурлыканье.

Всё это удалось осуществить главным образом с помощью усовершенствованной процессорной системы подачи топлива, которая осуществляет впрыск топлива в форкамеры двумя точно дозированными порциями. При этом сперва впрыскивается совсем маленькая порция топлива (в пределах миллиграмма), которая моментально сгорает и благодаря этому повышается температура в камерах сгорания, и буквально через доли секунды впрыскивается основной впрыск топлива.

Благодаря двойному впрыску, давление сжатия в камерах сгорания возрастает более плавно, и от этого такие дизеля работают намного тише и мягче (без вибраций), что способствует не только улучшению комфорта, но и увеличивает ресурс дизельных двигателей.

Форсунки дизельного двигателя.

На более старых дизелях устанавливали форсунки более простой конструкции, отремонтировать которые можно деже у себя в гараже, имея не сложное оборудование (подробнее об устройстве и ремонте дизельных форсунок я написал вот в этой статье).

Стоит отметить, что дизельные форсунки работают в довольно тяжёлых условиях, ведь там где находится их распылитель (распылители тоже бывают разные — см. рисунок), происходит сжатие, вспышка и горение топлива и распылители форсунок непосредственно контактируют с камерами сгорания, а значит распылителям приходится работать при высоком давлении и высокой температуре (да ещё и нагар не добавляет «здоровья» распылителям).

К тому же клапан распылителя, который изготовлен с высокой точностью из жаростойкого материала, постоянно совершает возвратно поступательные движения, с частотой вдвое меньшей, чем обороты коленвала дизельного двигателя (подробнее о форсунках в статье, на которую ссылка чуть выше).

На дизелях с системой Common-Rail, форсунки более сложной конструкции, и на таких дизелях всё же имеется минус, который заключается в том, что современные форсунки для этих моторов, рассчитаны на определённый ресурс (примерно 150 тысяч на нашем топливе), после чего их следует ремонтировать или менять.

Адекватных ремонтников у нас пока ещё мало, а чтобы купить новые форсунки, придётся изрядно потратиться, так как оригинальные форсунки от авторитетных фирм стоят довольно дорого  (подробно о форсунках более современных дизелей с системой Common-Rail я написал вот тут).

Поэтому при покупке таких дизелей, желательно поинтересоваться, сколько машина прошла на родных форсунках, чтобы быть готовым к существенным тратам и иметь возможность претендовать на приличную скидку при покупке бэушной дизельной машины.

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя.

Топливные насосы высокого давления (ТНВД) тоже различаются по конструкции, в зависимости от года выпуска дизельной машины. Более старые насосы автомобилей прошлых лет выпусков достаточно надёжны и вполне ремонтопригодны. Как провести диагностику или отремонтировать ТНВД подобного типа я написал отдельную статью, и желающие могут кликнуть и почитать — статья находится вот тут.

Но более современные насосы, которые устанавливаются на дизельные двигатели системы Common-Rail, достаточно сложны и для большинства наших автосервисов (особенно в глубинке) пока не очень то ремонтопригодны. На таких ТНВД нет ни рычагов с возвратными пружинами, ни тросиков управления, а есть электроприводы (селеноиды) и шаговые электромоторы.

Такие произведения инженерной мысли не в состоянии грамотно обслужить не только автовладельцы машин с такими насосами, но и многие ремонтники дизельных автосервисов, привыкшие к более простым насосам более древних дизельных иномарок.

Не стоит утверждать, что такие ТНВД не выходят из строя (ведь наше топливо далеко от идеала) и отремонтировать иномарку с таким насосом в глубинке будет не просто, так как нет ни адекватных ремонтников, ни запчастей (ну разве что на разборках, но ведь бэушные запчасти топливной аппаратуры это лоторея).

В мелких городах даже просто отрегулировать такие насосы без специального электронного диагностического оборудования не реально, так как всеми управляющими приводами (селеноидами и серво-моторами) такого ТНВД командует бортовой компьютер.

И такой насос (впрочем как и более старые) очень точный и дорогостоящий агрегат (стоит порядка 1500$ и более), прецензионные детали которого (плунжеры и их цилиндры) выполнены с очень высокой точностью и с очень малыми зазорами.

И от этого как правило все беды. Ведь зарубежным инженерам, проектирующим топливную аппаратуру для своих дизельных иномарок, и в голову не приходит, что в дизельном топливе может быть вода. А в нашем отечественном топливе вода — это обычное явление, и попадая в зазоры между деталями ТНВД, вода провоцирует коррозию, которая намертво схватывает плунжеры и цилиндры (особенно если машина иногда простаивает в гараже).

В итоге, при пуске двигателя электростартером, ремень ГРМ прокручивает шкив ТНВД, пытаясь прокрутить механизм и сдвинуть прикипевшие от коррозии плунжеры, и в итоге происходят поломки высокоточных деталей.

Чтобы не допустить подобных неприятностей, которые довольно ощутимо ударят по карману, следует доработать топливную систему дизельного двигателя так, чтобы исключить попадание воды в ТНВД. Ведь мало кто из автовладельцев знает, что штатный топливный фильтр довольно легко пропускает воду. Как доработать топливную систему под наше топливо и наши условия эксплуатации, причём совсем не дорого, желающие могут почитать вот в этой полезной статье.

Ну и последнее, что хотелось бы сказать в этой статье: дизельные двигатели обладают потрясающей тягой на низах (особенно это полезно на джипах, в условиях бездорожья), экономичностью, и при своевременном уходе радуют автовладельцев миллионными пробегами.

И хочу на последок сказать, что плохих двигателей и машин (как бензиновых, так и дизельных) не бывает, бывают плохие водители, которые халатно относятся к технике. Надеюсь, что среди читателей этой статьи таких нет.

Да и вообще каждый водитель, у которого доходы не позволяют каждый раз посещать автосервис при любой мелочи, всё же должен интересоваться устройством своей машины и по возможности уметь всё делать сам.

Ведь при заботливом уходе, как бензиновый, так и дизельный двигатель, независимо от года выпуска и наворотов, будет радовать вас долгие годы, успехов всем.


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости