Как работает дизельный двигатель? Принцип работы дизельного двигателя

Дизель на современных автомобилях

В России большинство автолюбителей предпочитают двигатели внутреннего сгорания, работающего на бензине и не стремятся приобретать автомобили с дизелем. Даже в то время, когда цена дизтоплива была намного дешевле бензина А-92 дизельный двигатель имел широкое распространение только на коммерческих машинах с большой грузоподъемностью или пассажировместимостью. И действительно, было очень накладно эксплуатировать автомобиль «Урал» с V-образным бензиновым двигателем, потребляющим 100 литров на 100 километров. Его в шутку так и называли «100 на 100». Во времена СССР автомобили с бензиновым двигателем и очень хорошим аппетитом выпускались заводом им. Лихачева (ЗИЛ-130), Горьковским автомобильным заводом (ГАЗ-51, ГАЗ-66) и т.д. В настоящее время цена за литр дизтоплива стала выше А-92, но и в этом случае дизельный двигатель является экономичным, но все также не пользуется большим спросом у населения. А вот почему, мы и разберемся в этой статье.

Конструктивные особенности дизеля

Конструктивно основа дизеля не отличается от бензинового двигателя. Такой же блок цилиндров, поршневая группа, шатуны и головка блока с клапанами. Клапаны, в отличие от бензинового двигателя изготовлены из жаропрочной стали, более массивные, выдерживающие температурные и ударные нагрузки. Дизель по массе намного тяжелее и по габаритам больше бензинового двигателя. Разница в технологических принципах действия бензинового и дизельного двигателей вносит конструктивные различия в детали по массе, а также по габаритам. Принципиальные отличия, связанные моделью преобразования топлива и воздуха в топливовоздушную смесь с условиями воспламенения, характеризуют основу работы дизеля.

В отличие от бензинового двигателя, подача воздуха в цилиндры дизеля и дизельного топлива осуществляется раздельно:

• воздух, поступивший в цилиндр, под воздействием давления поршня сжимается, нагреваясь до высоких температур (600 — 900 градусов);
• в необходимый момент, по заданной программе или настройке топливного насоса высокого давления (ТНВД) из форсунки под давлением 180 атм происходит впрыск топлива, в результате которого смесь самовоспламеняется.

Главным в дизельном двигателе является смесеобразование в очень короткий промежуток времени.

Дизельные двигатели делятся на два класса по типу камеры сгорания:

• раздельная (форкамерная);
• неразделенная (непосредственный впрыск).

В настоящее время, большая часть легковых автомобилей оснащается дизелями с раздельной камерой сгорания. Использование раздельной камеры сгорания позволяет снизить скорость нарастания компрессии в цилиндрах, а это, в свою очередь, уменьшает шум и вибрацию двигателя. Раздельная камера сгорания представляет собой камеру, дополнительно оснащенную вихревой и являющейся промежуточным звеном между цилиндром и топливной системой. Благодаря работе вихревой камеры, в которой начинается воспламенение смеси и происходит снижение темпа нарастания компрессии.

а) вихревая камера фирмы Перкинс (разделенная камера сгорания);

б) дельтовидная, применяемая на двигателях Д-245 (неразделенная камера сгорания);

в) тороидальная, применяемая на двигателях КамАЗ (неразделенная камера сгорания);

1 – вставка вихревой камеры;

2 – головка блока цилиндров;

А – полость вихревой камеры;

Б – полость камеры в поршне.

Возможно, холодное отношение к дизелю потенциальных покупателей автомобилей связано с громким шумом его, напоминающего работу трактора, а также низкими скоростными показателями. Это было справедливо в то время, когда основу дизельных двигателей составляли ТНВД с плунжерными парами и впрыск осуществлялся непосредственно в камеру сгорания с применением механических узлов. Двигатели с непосредственным впрыском (нераздельной камерой сгорания) ещё существуют и наиболее часто встречаются на коммерческом дизельном транспорте. В нераздельной камере сгорания впрыск топлива происходит в надпоршневое пространство, а камера сгорания расположена в углублении поршня. Устаревшая технология непосредственного впрыска для двигателей с большим объемом в настоящее время актуальна, несмотря на применение двухступенчатой системы впрыска, управляемых электроникой ТНВД и форсунок, снижения шумов и получения стабильных высоких оборотов коленчатого вала.

На рисунке — неразделенная камера сгорания и свеча накаливания. В поршне предусмотрена канавка, в которой происходит горение смеси.

Особенности дизельного двигателя

Основными проблемами производителей автомобилей с дизельным двигателем являлись вопросы повышенного «тракторного» шума, запуска при холодном состоянии, эксплуатации в зимних условиях, ускорения динамики разгона.

Борьба с шумом и вибрацией в салоне автомобиля велась проклейкой салона специальными материалами, но эффект был незначительный. И только после внедрения технологии с раздельной камерой сгорания значительно удалось снизить шумы и вибрацию на легковых автомобилях. Кроме этого, после реализации электронной системы управления ТНВД и форсунок значительно снижен не только «тракторный шум», но и увеличен максимальный порог оборотов коленчатого вала, который достиг 4500 об/мин.

Увеличение оборотов до 4500 явилось большим прогрессом в развитии дизельных двигателей, но необходимо отметить, что он со своим индивидуальным характером. Двигатель специфичный и требует соблюдения правил эксплуатации и управления. Возникают такие случаи, когда владелец автомобиля, приобретая его в целях экономии топлива через некоторое время разочаровывается в его расходе. Изучая стиль его управления автомобилем, выясняется, что, придерживаясь советов водителей, ранее управляющих автомобилем с дизельным двигателем, режим работы двигателя владелец не соблюдает. Автомобиль современный и близок к управлению так же, как и с бензиновым двигателем, а, следовательно, средние обороты его необходимо поддерживать в пределах 3000-3500. Если ездить с разделенной камерой сгорания на оборотах, не превышающих 2000, то и расход топлива, и износ деталей гарантирован.

Низкооборотные и мощные двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндры не допускают превышения оборотов выше 2000-2500, а также, оснащенные насос-форсунками механического типа.

Проблемы холодного запуска дизелей

Проблема холодного старта на дизеле существовала с момента их производства. Автомобиль, простоявший ночь на морозе запустить утром было сложно. Водители КамАЗов порой, рискуя пожароопасностью, бензиновой лампой (в народе называют «паяльная лампа») открытым высокотемпературным пламенем грели масло в картере и топливные отстойники. После запуска холодный еще двигатель начинал свою работу с повышенным шумом и огромными клубами черного выхлопа отработанных газов. Сложность запуска дизеля в холодное время объясняется с очень низким испарением солярки. Согласно существующим ГОСТам температура замерзания дизельного топлива, а следовательно изменения его вязкости, показателей испарения делится на два вида:
— летняя марка топлива, работающая в диапазоне температур от минус 10 до минус 5 градусов;
— зимняя, с увеличенным диапазоном от минус 35 до минус 25 градусов.

Своевременный переход на соответствующие марки солярки, в зависимости от климатических условий, обеспечивал надежный удачный запуск.

Большую роль в пуске холодного двигателя сыграла разработанный подогрев воздуха внутри цилиндров свечой накаливания. Это был революционный прогресс в решении проблемы, особенно в холодных областях России.

Принцип работы свечи накаливания очень простой. При включении зажигания на свечи поступает импульсное напряжение, о чем информирует загорающийся на щитке приборов индикатор работы свечей (желтая лампа с символом спирали). Свечи прогреваются и, соответственно начинают воздействовать на молекулы воздуха, ускоряя их движение в цилиндрах двигателя. Процесс прогрева происходит в течение 20-30 секунд, контрольная лампа на панели гаснет и это является сигналом, разрешающим запуск двигателя.

Кроме свечей накаливания, работающие на прогрев воздуха в цилиндрах дизеля, другой тип свечей также разработан в этих целях, но прогрев происходит во впускной системе. Тип таких свечей называется факельным.

Факельная свеча вворачивается в впускной коллектор и через специальный штуцер к ней подводится солярка. На выходе свечи укладывается сетка в несколько слоев (в зависимости от типа свечи), которая смачиваясь соляркой испаряет ее под воздействием электрического накаливания электродов. Пары солярки подхватываются набегающим потоком воздуха, засасывающего поршнями и происходит реакция воспламенения, образующего на свече факел открытого пламени, размером до 30 мм. Факел, созданный накалом свечи и поступающего из атмосферы воздуха, начинает мгновенно прогревать воздух, поступающий в цилиндры двигателя.

При включении зажигания на панели приборов загорается контрольная лампа накаливания свечи. Готовность свечи к поджигу факела сообщает та же контрольная лампа, сменив режим постоянного свечения на мигающий режим.

Сигнализирующая миганием контрольная лампа сообщает водителю о возможности произвести вращение коленчатого вала стартером. При включении стартера автоматически открывается клапан подачи дизельного топлива в свечу и факел разгорается, поднимая температуру воздуха, который в свою очередь распределяется по цилиндрам. После успешного запуска дизеля, факельная свеча продолжает работать, обеспечивая ровный холостой ход и прекращается при заданной температуре двигателя.

Возникают ситуации, когда двигатель не запускается в морозную погоду. Возможными причинами могут быть:

— сильно разряжена аккумуляторная батарея;

— неисправна свеча накаливания или факельная свеча;

— заправлен бак не соответствующим климатическим условиям дизельным топливом;

— подсос воздуха на топливной магистрали;

— подкачивающий топливный насос не обеспечивает необходимое давление;

— низкая компрессия в цилиндрах.

Типы дизелей

Ресурс дизелей в климатических условиях эксплуатации Российской федерации составляет от 300 до 600 тыс. км. Такой широкий диапазон пробега объясняется наличием на территории России северных областей, где зимы суровые и долгие, а также южных с часто зависающим веселым солнцем.

Для дизельного двигателя зимние условий эксплуатации наиболее тяжелые и регулярность, систематичность и качество технического обслуживания является залогом успешного его использования даже при температурах ниже сорока градусов (Якутия).

Современные дизели делятся на типы, которым присвоены аббревиатуры, указывающие их конструктивные особенности. И тип двигателя желательно подбирать, учитывая условия его эксплуатации.

Производители при производстве дизелей применяют самые совершенные и проверенные многочисленными испытаниями технологии, и в зависимости от характеристик распределили их системно по группам: HDI, CDI, SDI, TDI.

В группах, обозначенных HDI, CDI, SDI, TDI общие две буквы DI — Direct Injection, то есть прямой впрыск топлива в камеру сгорания по простой технологической схеме – дизельное топливо закачивается в форсунки под высоким давлением. Количество подаваемого топлива и давление подачи регулируются таким образом, что сначала в камеру сгорания поступает небольшая порция топлива, а потом количество топлива возрастает. Такая схема создает работу дизельного двигателя более мягкой и плавной, и что главное, менее шумной.

Концерн PSA Peugeot Citroen скромно, используя технологию Common Rail обозначил свой дизель под шильдиком на крышке багажника HDI. Всего три буквы латиницы открывают огромный диапазон свободного времени для водителя, у которого только от одного слова «обслуживание» начинается «аллергия». У двигателей интервал сервисного обслуживания составляет 30 тыс. км, а ремень газораспределительного механизма и ремень навесных агрегатов не требуют замены в течение всего срока эксплуатации автомобиля.

В дизеле системы HDI применяется технология высокого давления. Подача топлива в единственную рампу осуществляется под давлением 2000 Бар, а оптимизация состава смеси контролируется электронным блоком управления. Двигатели HDI оснащены системой Common Rail. Особенностью системы является использование аккумуляторного резервуара, содержащий общую рампу, линию подачи топлива и форсунок. Электронный блок управления по заложенной в постоянную память программы передает управляющие коммутационные сигналы к форсункам, впрыскивающие топливо в камеру сгорания.

Система позволяет повысить точность управления процессом смесеобразования и горения, а также увеличивать давление впрыска. Common Rail повышает надежность и эффективность работы дизеля, но с применением сложного оборудования возрастает и стоимость двигателя.

В дизеле CDI применяется система Common Rail (Common Rail Diesel Injection), которая предоставила возможность сократить потребление топлива двигателем на 10-15%, при этом мощность мотора возросла на 30-35%. Наиболее сложная система и требует больших финансовых затрат для проведения сервисного обслуживания, но необходимо отметить, что качество и точность применяемых деталей и узлов снижают уровень износа их, увеличивая межремонтный интервал.

SDI (Saugdieseldirekteinspritzung – немец.) – самый надежный дизель, простой по конструкции и высоким уровнем устойчивости, разработанный и произведенный Volkswagen Group. Безнаддувный дизельный двигатель с прямым впрыском, иначе говоря атмосферный двигатель. Стоимость дизеля SDI значительно меньше TDI из-за отсутствия узлов наддува. Экономичность использования SDI проявляется уже при ремонте в связи с отсутствием дорогостоящей турбины наддува. Дизель уступает по мощности и по динамическим характеристикам более дорогим и сложным, но превосходит все остальные системы по надежности в работе.

Двигатель TDI (Turbocharged Direct Injection) разработан немецкой компанией Volkswagen. Его главное отличие, кроме непосредственного впрыска, является наличие турбонагнетателя с изменяемой геометрией турбин. Двигатель гарантированно оптимизирует состав и наполнение цилиндров смесью, высокоэффективно поддерживает процесс горения топлива, экономичен и соответствует экологическим нормам безопасности. Турбонаддув координирует и регулирует энергию потока отработавших газов и тем самым обеспечивает необходимое давление воздуха в широком диапазоне частоты вращения двигателя.

Слабым звеном системы TDI является его турбина, средний ресурс которой рассчитан на 150 тыс. км.

Все технологии CDI, TDI, HDI, SDI построены на использовании системы Common Rail третьего поколения, и не сильно различаются в схеме работы дизеля. Шильдики CDI, TDI, HDI, SDI на крышках багажника и звукозащитной крышке двигателя всего лишь отличительный знак производителей. Лидера, производящего дизели выделить из существующих групп сложно для каждого отдельного случая эксплуатации автомобиля. Здесь работает только расчет эффективности работы двигателя и его приспособленность к условиям эксплуатации. Но с большой уверенностью можно рекомендовать современный дизель, с которым несомненно существует выигрыш в экономическом плане и эффективности его использования.

Как работает дизельный двигатель? Принцип работы дизельного двигателя

Дизельный двигатель (дизель) представляет собой поршневой ДВС, 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

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.

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 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.

Устройство автомобиля Советы 04 марта 2019 в 07:51Фото: Shutterstock / VOSTOCK Photo

Конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики предопределили страсть или отторжение автомобилистов по отношению к агрегатам на “тяжелом топливе”. Так как же работает дизельный двигатель, каково его устройство, принцип работы и преимущества?

Времена, когда автомобиль с дизельными моторами ассоциировались с чадящими и тихоходными, давно остались за поворотом. Каждый автомобилист знает, что транспортное средство с агрегатом на “тяжелом топливе” издает характерные тарахтящие звуки, его выхлоп странно пахнет. Современные моторы награждают своих владельцев умеренным расходом топлива, впечатляющей эластичностью (крутящим моментом, доступным в относительно широком диапазоне оборотов) и иногда ошеломительной динамикой на зависть некоторым бензиновым автомобилям. Но при этом они требовательны к качеству солярки, а ремонт компонентов топливной системы может быть весьма дорогим.

Особенности конструкции

Дизельные двигатели, разумеется, не имеют таких колоссальных отличий как роторно-поршневой двигатель Ванкеля, устройство которого абсолютно не похоже на “анатомию” традиционного ДВС, но у него имеется ряд особенностей, которые проводят между ним и бензиновыми моторами черту.

У дизеля также есть кривошипно-шатунный механизм, но его степень сжатия существенно выше – 19-24 единицы против 9-11 единиц соответственно. Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь.

У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.

Принцип работы дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Работа свечи накаливания в дизельном двигателе

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

У дизелей с неразделенной камерой сгорания процесс самовоспламенения происходит непосредственно в надпоршневом пространстве. Агрегаты данного типа несколько шумнее.

Что такое Common Rail

Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления. Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным. Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.

Система включает в себя ТНВД (топливный насос высокого давления), пьезоэлектрические форсунки, топливную рампу, регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива. Интересно, что на заре своей эволюции дизельные агрегаты имели не в пример более простую топливную аппаратуру с механическими форсунками и несопоставимо более низким давлением солярки на фоне современных систем.

Дитя прогресса

Не так давно дизельные моторы были экологически “грязными” и достаточно слабыми, но с некоторых пор агрегаты данного типа кардинально изменились, а отдельные представители племени достойны спорткаров. К таковым относится рядный шестицилиндровый мотор BMW объемом 3,0 л с четырьмя турбонагнетателями.

Кстати, конструкция этого мотора наглядно демонстрирует собой прогресс агрегатов на “тяжелом топливе”. Техношедевр оснащен двумя малоинерционными турбонагнетателями низкого давления и еще двумя высокого, причем один из них вступает в дело за пределами 2500 об/мин. Пьезофорсунки впрыскивают топливо под колоссальным давлением в 2500 бар. На выходе – 400 л.с. и 760 Нм. Интересно, что 450 Нм доступны уже при 1000 об/мин! Вот такие они, современные дизельные двигатели.

Подписывайтесь на нас в Facebook и Вконтакте!

За последние десять лет дизельные технологии стремительно развивались. Большая часть современных автомобилей, которые производятся в Европе, выпускаются именно с дизельными двигателями. Конечно, принцип работы данного устройства не изменился. Однако работает современный дизельный мотор намного тише. Он стал экологически чище. В далеком прошлом остались сильное тарахтение, густой черный дым и неприятный запах при работе прибора. Итак, каков принцип работы дизельного двигателя?

Как работает дизельный двигатель?

Заключается принцип действия дизельного двигателя в следующим: в цилиндр

всасывается чистый воздух при движении поршня вниз. А при перемещении клапана вверх он нагревается. Стоит отметить, что температура при работе дизельного двигателя может быть от 700 до 900°. Это достигается при сильном сжатии. Когда поршень перемещается в мертвую верхнюю точку, происходит впрыскивание дизельного топлива в камеру сгорания под достаточно высоким давлением. При соприкосновении с горячим воздухом происходит воспламенение горючего. В результате этого давление в цилиндре возрастает, так как самовоспламенившееся топливо расширяется. Именно это и вызывает сильный шум при работе агрегата.

Преимущества и недостатки

Такой принцип работы дизельного двигателя позволяет использовать бедную смесь. Топливо для таких устройств относительно недорогое. Это делает дизельные моторы неприхотливыми и экономичными. Стоит отметить, что в отличие от бензиновых такие агрегаты обладают большим крутящим моментом, а КПД выше на 10%. К минусам

дизельного двигателя стоит отнести повышенный уровень шума, вибрацию, малую мощность на одну единицу объема, сложность холодного пуска. Более современные модели практически лишены таких недостатков.

Устройство и особенности некоторых узлов

Учитывая принцип работы дизельного двигателя, детали к таким агрегатам значительно усиливаются, так как они должны выдерживать высокие нагрузки. Среди основных частей агрегата стоит выделить поршень. Форма его днища зависит от типа камеры сгорания, которая может быть встроена в дно клапана. В поршне для дизельного двигателя днище обычно выступает за верхнюю часть блока цилиндра. Привычной системы зажигания в агрегатах такого типа нет. Хотя в них тоже применяются свечи.

Турбина

Мощность, которую способен развить мотор, зависит от количества топлива и воздуха, которые в него поступают. Чтобы повысить возможности агрегата, необходимо увеличить содержание перечисленных компонентов. Для поступления в камеру сгорания большего количества топлива, следует поднять уровень воздуха, который

попадает в цилиндр. Для этого применяется дополнительное оборудование. Принцип работы турбины дизельного двигателя достаточно прост. Деталь позволяет нагнетать больше воздуха. Благодаря этому увеличиваются объемы сжигаемого топлива, что значительно повышает количество выделяемой энергии.

Камеры сгорания

В дизельных двигателях могут использоваться камеры сгорания нескольких типов: разделенные и неразделенные. Первый тип применялся в легковом машиностроении, но с недавних пор его заменили на более простой. Ведь при использовании разделенных отсеков топливо впрыскивалось в ту камеру сгорания, которая располагалась в головке цилиндра, а не в полость поршня. Выполнялись подобные детали также по-разному и зависело это от процессов образования смеси: вихрекамерные либо предкамерные.

В последнем случае топливо впрыскивается в предварительный отсек, который

сообщается маленькими клапанами или же отверстиями с цилиндром. При этом горючее смешивается с воздухом, ударяясь о стенки. Самовоспламенившись топливо попадает в основную камеру, где уже полностью сгорает. Что касается вихрекамернного процесса сгорания, то он, как и в первом случае, начинается в отдельном отсеке, который представляет собой полую сферу. Через соединительные каналы воздух попадает во время такта сжатия в камеру. Закручивается в ней и образует вихрь. В результате этого горючая смесь, впрыснутая в отсек, хорошо перемешивается с воздухом. Такое строение камер сгорания имеет несколько недостатков. Во-первых, затрачивается больше топлива, так как происходят большие потери из-за объема отсеков. Во-вторых, значительные потери при перетекании в дополнительную камеру из цилиндра воздуха, а также на обратный процесс: перемещение горючего в цилиндр. Стоит отметить, что подобный принцип работы дизельного двигателя применяется редко, так как происходит ухудшение пусковых характеристик агрегата.

Неразделенные камеры сгорания

В двигателе с непосредственным впрыском отсек сгорания имеет определенную форму и является полостью. Встраивается такая камера сгорания непосредственно в днище

поршня. При этом топливо впрыскивается сразу в цилиндр. Несмотря на простоту конструкции, имеются у такой системы и недостатки. Дизельные моторы такого плана практически невозможно использовать, если автомобиль обладает малым литражом. При наборе скорости в таком транспортном средстве наблюдается повышение уровня шума, а также увеличивается вибрация.

Новые разработки

Сегодня чаще используются электронные системы, которые контролируют количество поступившего в камеру сгорания топлива. Это позволило уменьшить уровень шума, а также вибрацию агрегата во время работы. Сегодня же разрабатываются совершенно новые дизельные двигатели, в конструкциях которых применяется непосредственный впрыск горючей смеси.

Как работает дизельный двигатель

Всё про устройство и принцип работы современного дизельного двигателя автомобиля — какая конструкция и строение, из чего состоит. Подходит для начинающих автолюбителей и чайников.

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). Этим объясняется большой вес и габариты дизельного мотора в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие 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 и 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 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 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.

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 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

Они вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе. Тип распылителя определяет форму факела топлива, которая важна 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.

Топливный фильтр

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. 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».

Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, его ресурс существенно меньше ресурса самого двигателя и не превышает 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.

Система Common-Rail. 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.

Источник http://diagnozbibike.ru/neispravnosti-dvigatelya/dizel-na-sovremennyh-avtomobilyah/

Источник http://drive2me.ru/2020/11/05/%D0%BA%D0%B0%D0%BA-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%B5%D1%82-%D0%B4%D0%B8%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%B8/

Источник http://amastercar.ru/articles/engine_car_32.shtml