Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.Название этого двигателя соответствует фамилии изобретателя Дизеля. Рудольф Дизель создал ДВС в 1897 году. Ему удалось создать устройство, где топливо возгорает от сжатия, а не от подачи искры.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.
Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Устройство системы дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

• цилиндро-поршневая группа (цилиндры, поршни, шатуны);
• топливные форсунки;
• впускные и выпускные клапана;
• турбина;
• интеркулер.

Современный дизельный двигатель в разрезе

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Подача солярки осуществляется только в момент, при котором воздух максимально сжат и имеет максимальную температуру.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

Порядок работы дизельной системы:

Дополнительные компоненты двигателя

Помимо основных деталей, которые обязательно присутствуют в конструкции двигателя, есть еще дополнительные детали и узлы, которые улучшают характеристики и работу ДВС.

Принцип работы турбины

Турбина — это устройство, которое создает дополнительного нагнетание топлива. Двигатель с турбиной имеет большую производительность.

Идея создания турбины появилась при обнаружении такого факта, что при движении поршня вверх, солярка не успевает полностью сгорать.

С помощью турбины, сгорание топлива в цилиндрах происходит до конца, за счет чего уменьшается расход топлива и увеличивается мощность ДВС.

Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:

• подшипники — служит опорой дает возможность вращаться валу;
• кожух на турбине;
• кожух на компрессоре;
• стальная сетка.

Цикл работы турбонаддува:

1. Компрессор создает вакуум и всасывается воздух внутрь системы.
2. Ротор турбины передает вращение ротору.
3. Интеркулер охлаждает воздух.
4. Через впускной коллектор осуществляется подача воздуха, предварительно воздух проходит степени очистки (воздушные фильтры). После поступления воздуха, впускной клапан закрывается.
5. Отработанные газы движутся через турбину ДВС и создают давление на ротор.
6. В этот момент скорость вращения турбины вала турбины очень высока, достигает 1500 оборотов в секунду. От этого начинает вращаться ротор компрессора.

При охлаждении воздуха, его плотность увеличивается. Если плотность воздуха стала больше, значит можно закачать воздух большим объемом. Чем больший поток воздуха подается в камеру сгорания, тем лучше сгорает топливо.

Интеркулер и форсунка

При сжатии плотность воздуха и температура увеличиваются. Это негативно сказывается на межремонтном периоде деталей двигателя. В связи с чем была разработано устройство, которое охлаждает горячий воздушный поток.

В зависимости от модификации дизельных двигателей, в цилиндре топливо может распыляться одной или двумя форсунками.

Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.

Вывод

За счет постоянных инженерных внедрений и испытаний, современные дизельные двигатели выдают очень хорошие технические характеристики. Качество сгорания отличное за счет использования турбонагнетателя. Качество сгорания, примерно, выше в 2 раза, чем у бензинового двигателя.

В последние годы идет постоянное усовершенствование не только для улучшения эксплуатационных показателей, но и за счет современных требований мировых экологов. Сначала было требование двигатели Евро-2, потом 3, 4, 5.

Видео

В этом видео показывается принцип работы дизеля.

Строение системы дизельного двигателя.

Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).

Отличия ДВС евро 5 от евро 4.

Работа дизельного двигателя в прошлом веке ассоциировалась с неприятным запахом, грохотом и густым черным дымом, валящим из трубы. Но в последнее десятилетие дизельные технологии развиваются семимильными шагами.

Моторы стали тише, запах выхлопных газов почти полностью исчез, и вред, наносимый экологии, стал сводиться к нулю. Однако принцип работы не изменился.

Принцип работы дизельного двигателя

Отличие дизельного мотора от бензинового обусловлено тем, что смешивание топлива с воздухом происходит не снаружи, а внутри цилиндра.

К тому, же воспламеняется смесь самостоятельно, без свечи зажигания. Конструкция двигателя включает в себя:

1. Цилиндр.
2. Впускной и выпускной клапаны.
3. Поршень.
4. Топливную форсунку.

Из этого видео, вы узнаете, как работает дизельный двигатель. Смотрим и берём себе на заметку!

Описать принцип работы мотора можно, рассмотрев действия поршня, клапанов и форсунок во время каждого такта. Обычно их четыре.

такт – впуск топлива

У поршня есть две мертвые точки: верхняя (ВМТ) и нижняя (НМТ). Во время первого такта открывается впускной и закрывается выпускной клапаны. В цилиндре создается разрежение. Внутрь устремляется воздух.

такт – сжатие

Все клапаны закрыты. Поршень от НМТ перемещается к ВМТ, сжимая вошедший во время такта 1 воздух до 5 МПа. Его температура увеличивается до 700 С о.

Такт – рабочий ход (расширение)

Поршень находится в ВМТ. Топливный насос под высоким давлением подает топливо в цилиндр через форсунку. Распыляясь, оно смешивается с нагретым воздухом и самовоспламеняется.

При горении температура возрастает до 1800 С о, а давление до 11 МПа. Поршень начинает движение от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. В конце рабочего хода температура внутри цилиндра снижается до 700-800 С о, а давление падает до 300-500 кПа.

такт – выпуск газов

Впускной клапан закрыт, выпускной – открыт. Поршень выталкивает через него отработанные газы. Температура внутри снижается до 500 С о, а давление до 100 кПа.

Преимущества «дизелей»

В этом видео, вам расскажут, какие отличия и преимущества дизельных двигателей от бензиновых.

Моторы, совершающие полезную работу за счет сгорания дизельного топлива, имеют несколько преимуществ перед бензиновыми устройствами:

1. Пониженный на треть расход топлива.
2. Отсутствие системы зажигания.
3. Увеличенный в полтора раза моторесурс.
4. Стабильность регулировочных параметров.
5. Средний КПД – 40 %, у двигателей с турбонаддувом – выше 50 %.
6. Высокий крутящий момент.
7. Низкая насыщенность выхлопных газов двуокисью углерода (экологии наносится меньше вреда).
8. Пожаробезопасность за счет того, что дизельное топливо не может самовозгораться.

Среди минусов «дизеля» примечательно затруднение холодного пуска. Мотор является источником сильной вибрации и громкого шума. Однако современные модели лишены этих недостатков.

Схема работы отдельных узлов

Конструкция современного дизельного двигателя включает в себя узлы:

1. Турбонагнетатель (турбокомпрессор, турбина).
2. Интеркулер.
3. Топливная форсунка.

Рассмотрим схемы работы составных узлов.

Турбокомпрессор

Вид турбокомпрессора в разрезе

Опыт показал, что топливо не успевает сгорать в момент, когда поршень движется к мертвой точке. Следовательно, если заставить его сгорать полностью, мощность мотора резко возрастет.

Для этого был создан турбокомпрессор, обеспечивающий подачу топлива под избыточным давлением и способствующий его полному сгоранию. Конструкция турбонагнетателя включает в себя:

• Два кожуха (один для турбины, другой для компрессора);
• Корпус подшипников с валом, соединяющим ротор турбины и колесо компрессора;
• Подшипники – опора для узла;
• Стальная защитная сетка.

Схема его работы такова:

1. Компрессор всасывает внутрь воздух из внешней атмосферы;
2. Ротор компрессора, приводящийся в действие от ротора турбины, сжимает его;
3. Сжатый воздух охлаждается интеркулером;
4. Воздух очищается фильтром и подается через впускной коллектор мотора, после чего выпускной клапан закрывается. Откроется он после того, как завершится рабочий ход;
5. Отработанные газы, поступившие через выпускной коллектор, при прохождении через сужающийся канал корпуса турбины увеличивают скорость и оказывают воздействие на ротор;
6. Скорость вращения турбины возрастает примерно до 1500 об/с, вследствие чего приводится во вращение ротор компрессора (они соединены валом);
7. Цикл повторяется.

При охлаждении воздуха увеличивается его плотность. Поэтому в цилиндр двигателя его подается больше. Большое количество воздуха способствует полному сгоранию топлива, отчего повышается мощность дизельного мотора. Негативное влияние на экологию при этом снижается.

Вид интеркулера дизельного двигателя

Интеркулер

При сжимании воздуха не только увеличивается его плотность, но и температура. С одной стороны, поступление большого количества кислорода в цилиндр положительно сказывается на сгорании топлива. Но с другой стороны, впуск горячего воздуха способствует быстрому разрушению конструкции.

Поэтому необходимо устройство, которое снижает температуру сжимаемого воздуха. Таким является интеркулер. Принцип работы интеркулера заключается в охлаждении горячего вещества холодным путем теплообмена между ними.

Возможно использование двух видов интеркулера:

• Воздух-воздух . Радиатор устройства передает тепло нагретого воздуха атмосфере. Конструкция предельно проста, потому имеет широкое распространение;
• Воздух-вода . Сначала отработавшие газы поступают в компрессор, затем они проходят через радиатор интеркулера, который омывается водой. Устройства отличается высокой эффективностью и компактностью. Но дополнительно требуются наличие радиатора для охлаждения воды и насоса для ее циркуляции, управляющий блок.

Неважно, к какому типу устройств относится интеркулер.

Результат работы неизменен: температура воздуха, сжатого компрессором, уменьшается радиатором.

Сам интеркулер можно назвать радиатором охлаждения, состоящий из трубок, выполненных из материалов, обладающих высоким коэффициентом теплопроводности.

Форсунка

Устройство дизельного двигателя предусматривает наличие одной или нескольких форсунок. Эти детали предназначены для дозирования и распыления топлива.

Схема работы форсунки дизельного двигателя

С их помощью обеспечивается герметизация камеры сгорания. Современные форсунки работают от кулачка распределительного вала через толкатель. Топливо подается и сливается через каналы, расположенные в головке блока.

Дозировка его обеспечивается блоком управления, подающим сигналы запорным клапанам, обладающим электромагнитными свойствами. Форсунки функционируют в импульсном режиме. Это значит, что перед основным впрыском топлива осуществляется его предварительная подача.

При этом работа дизельного мотора становится мягче, а уровень токсичных выбросов в атмосферу уменьшается.

Таким образом, дизельный двигатель представляет собой набор взаимосвязанных узлов.

Турбонагнетатель обеспечивает подачу сжатого воздуха, охлажденного интеркулером, в камеру сгорания. В нее же подается топливо через форсунку. При выходе из строя хотя бы одного из узлов, работа мотора невозможна.

Если в нескольких словах описать принцип работы дизельного двигателя, то можно сказать, что зависит он во многом от давления, создаваемого в камере сгорания. Отличий от бензиновых моторов не очень много: имеется и блок, и ГБЦ, и форсунки, которые чем-то схожи с теми, которые используются в инжекторной системе впрыска. Единственное существенное отличие – топливо-воздушная смесь воспламеняется не от искры, которая проскакивает между электродами свечи, а от колоссального сжатия воздуха, которое нагревает и воспламеняет дизтопливо. Так как в цилиндрах очень высокое давление, то клапаны должны выдерживать большие нагрузки. Применяют дизельные моторы в большинстве своем на грузовиках, но нередко можно встретить и легковушки, работающие на дизтопливе.

Воспламенение топлива в дизельном двигателе

В основе дизельного мотора лежит компрессионное воспламенение топлива. Причем солярка, попадая в камеру сгорания, соединяется с нагретым воздухом. Вот и отличие в образовании смеси от бензинового двигателя – солярка и воздух в камеры сгорания поступают независимо, смешиваются непосредственно перед воспламенением. Сначала поступает некоторое количество воздуха. Когда он сжимается, начинается его нагревание (примерно до 800 градусов). Топливо поступает в цилиндр под давлением от 10 до 30 МПа. После этого оно воспламеняется. При работе возникает немало шума, а уровень вибраций достаточно высокий. По такому простому признаку легче всего отличить автомобиль с дизельным мотором. Кстати, в его конструкции свечи все-таки есть, вот только назначение у них совершенно иное. Они не воспламеняют смесь, а прогревают камеры сгорания, чтобы зимой проще было завести двигатель. Они так и называются – свечи накаливания.

Существуют как двух-, так и четырехтактные дизельные двигатели. Последние применяются на большинстве автомобилей и работают в таком режиме:

1. Такт впуска.
2. Происходит сжатие воздуха и впрыскивание топлива.
3. Взрыв горючей смеси, поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход.
4. Производится выпуск отработанных газов, начало первого такта.

Свечи накала дизельного двигателя

До некоторых пор дизтопливо имело низкую стоимость, поэтому экономия для владельцев дизельных машин была существенная. Но вот капитальный ремонт, например, обходится намного дороже, в отличие от бензинового мотора. Да и устройство дизельного двигателя для большей части автомобилистов малознакомо.

Какие типы дизельных моторов существуют

Если провести разделение по конструкции, то можно выделить всего три вида:

1. Двигатели, имеющие разделенную камеру сгорания. Суть проста – топливо-воздушная смесь поступает не сразу в камеру сгорания. Первоначально она попадает в отдельный отсек, называемый вихревой камерой. Эта камера расположена в ГБЦ. Между камерой сгорания и этим отсеком располагается небольшой канал. Именно в вихревой камере воздух способен сжаться до большого давления. Следовательно, его нагрев окажется сильнее и воспламенение топлива улучшается. В этом же отсеке происходит первоначальное воспламенение топлива. Затем процесс плавно переходит уже в основную камеру сгорания.
2. С камерой сгорания, не разделенной на отсеки. Такие моторы имеют максимальный уровень шума, зато топлива потребляют меньше. В поршне имеются небольшие углубления, в которые попадает топливная смесь. Воспламеняется она непосредственно над поршнем, после чего сила взрыва толкает его вниз.
3. Предкамерные ДВС имеют в своей конструкции вставную форкамеру. От нее к основной камере сгорания идет несколько тонких каналов. Большая часть характеристик дизельного двигателя такого типа (уровень шума, ресурс, токсичность, расход топлива, создаваемые вибрации, мощность) зависят от числа каналов, их толщины и формы.

Форсунки дизельного двигателя

Основные узлы топливной системы

Можно сказать, что топливная система – это основа дизельного мотора. Она подает под заранее установленным давлением топливо в камеру сгорания. Причем необходимо строго определенное количество солярки и воздуха. Основные элементы системы:

1. ТНВД (топливный насос высокого давления).
2. Топливный фильтр.
3. Форсунки.

Рассмотрим устройство топливной системы дизельного двигателя более подробно.

Топливный насос высокого давления

На автомобилях, которые сегодня можно встретить на дорогах, в основном, установлены насосы следующих типов:

1. Распределительные.
2. Плунжерные (рядные).

Функция насоса заключается в том, чтобы забрать из бака топливо и передать его к форсункам. Причем зависит его работа от многих параметров, среди которых давление воздуха в турбине, количество оборотов коленчатого вала и прочего. Главное отличие от насосов, устанавливаемых на простые бензиновые автомобили заключается в том, что насосу дизельного двигателя необходимо создать гораздо большее давление топлива, чтобы оно все-таки могло быть впрыснуто непосредственно в камеру сгорания, в которой и так уже находится воздух под высоким давлением.

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя

Топливный фильтр

Для каждого мотора предусмотрен свой, незаменимый, тип фильтра. Как видно из названия, необходим он для очистки солярки, поступающей из бака. Им будут задержаны любые, даже самые мелкие, частицы. Также он удаляет из системы излишки воздуха и влаги.

Топливные форсунки

Насос высокого давления имеет прочную связь с форсунками. Именно от этих двух элементов зависит, своевременно ли поступит топливо в камеру сгорания (а оно должно быть распылено в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке). В конструкции современного дизельного двигателя используют следующие типы форсунок:

1. Многодырчатые.
2. Имеющие шрифтовый распределитель.

Распределитель форсунок отвечает за форму факела, чтобы топливо равномерно поступало в камеру сгорания и его воспламенение происходило наиболее эффективно.

Предпусковой подогрев и турбина

Турбина дизельного двигателя

Система холодного пуска необходима для прогрева непосредственно перед запуском двигателя. Как уже упоминалось, в камере сгорания находятся свечи, которые работают по типу паяльника – в них расположена спираль, под действием электрического тока она нагревается до девятисот градусов. Весь воздух, поступающий в камеру сгорания, тоже нагревается. Такая система срабатывает непосредственно перед началом запуска и отключается через четверть минуты после того, как двигатель завелся. В процессе работы она не участвует. Благодаря этой системе в сильные морозы проще завести двигатель (если только солярка в баке и топливопроводе не приобретет желеобразный вид).

А вот система турбонаддува может значительно увеличить мощность, производимую двигателем. За счет нее происходит нагнетание большого количества воздуха. В результате этого процесс сгорания топлива значительно улучшается. Чтобы воздух поступал под давлением при любом режиме работы, устанавливается специальный турбонагнетатель. Рассмотрим в общих чертах устройство турбины дизельного двигателя. Турбина — представляет из себя две крыльчатки, расположенная на валу из стали. Причем одна из крыльчаток находится в выпускном коллекторе и раскручивается выпускными газами. При этом вал начинает передавать вращательное движение второй крыльчатке, находящейся уже во впускном коллекторе. С ее помощью создается дополнительное давление воздуха во впускном тракте. Система турбонаддува заключена в чугунный корпус. Как и все агрегаты двигателя корпус подвержен износу. Обороты крыльчатки очень высокие, именно по этой причине и происходит разрушение. Корпус турбины имеет форму улитки, поэтому в ней происходит сложное движение газового потока, приводящего в движение весь механизм наддува. При изготовлении турбины крайне важны точное литье и подгонка всех деталей.

Вместо заключения

Споры о недостатках и преимуществах дизельных двигателей звучат с момента их появления. Нельзя однозначно сказать, что именно дизельный мотор является правильным выбором. Выбрать или нет автомобиль с дизельным мотором — решение по-прежнему каждый принимает сам. Поэтому необходимо знать, как работает дизельный двигатель при различных нагрузках и в определенном климате.

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления , дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму .

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность и высокий крутящий момент, делают его предпочтительным вариантом. Современные дизели близки к бензиновым моторам по шумности, сохраняя преимущества в экономичности и надежности.

Конструкция и строение

По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали усилены, чтобы воспринимать высокие нагрузки - ведь степень сжатия дизеля намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного мотора в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие заключается в способах формирования смеси топлива и воздуха, её воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно . Вначале в цилиндры поступает воздух. В конце такта сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800 о С, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается солярка, которое почти мгновенно самовоспламеняется.

Смесеобразование в дизелях протекает за очень короткий промежуток времени. Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, необходимо, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы и чтобы каждая частица имела достаточное для полного сгорания количество воздуха. С этой целью топливо в цилиндр впрыскивается форсункой под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха при такте сжатия в камере сгорания .

В дизелях применяют неразделенные камеры сгорания. Они представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня 3 и поверхностями головки и стенок цилиндров. Для лучшего перемешивания топлива с воздухом форму неразделенной камеры сгорания приспосабливают к форме топливных факелов. Углубление 1 , выполненное в днище поршня, способствует созданию вихревого движения воздуха.

Мелко распыленное топливо впрыскивается из форсунки 2 через несколько отверстий, направленных в определенные места углубления. Чтобы топливо полностью сгорало и дизель обладал наилучшими мощностями и экономическими показателями, топливо нужно впрыскивать в цилиндр до прихода поршня в ВМТ.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления - отсюда повышенная шумность и жесткость работы. Такая организация рабочего процесса позволяет работать на очень бедных смесях, что определяет высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше - при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность, трудности холодного пуска, проблемы с зимней соляркой. У современных дизелей эти проблемы не столь очевидны.

Дизельное топливо должно отвечать определенным требованиям. Главные показатели качества топлива - чистота, малая вязкость, низкая температура самовоспламенения, высокое цетановое число (не ниже 40). Чем больше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения после момента впрыска его в цилиндр и двигатель работает мягче (без стуков).

Типы дизельных двигателей

Существует несколько типов дизельных моторов, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания - их называю дизелями с непосредственным впрыском - топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применяется на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить экономичность, снизить шум и вибрацию.

Наиболее распространенным является другой тип дизеля - с раздельной камерой сгорания . Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Такие двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на современные автомобили.

Устройство топливной системы

Важнейшей системой является система топливоподачи. Ее функция - подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.

Главными элементами являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.

ТНВД

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и действий водителя. По своей сути современный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.

Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п.

На современных авто применяются ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время они предъявляют высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах малы.

Форсунки.

Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.

Топливные фильтры.

Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды , для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.

Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.

Как происходит запуск?

Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы - свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900 о С, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.

Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30 о С, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

Турбонаддув и Common-Rail

Эффективным средством повышения мощности является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и в результате увеличивается мощность. 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".

Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, 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.

В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора.