Рассмотрим историю создания, принцип работы дизельного двигателя, попытаемся разобраться в причинах популярности, его конструктивные особенности, преимущества, недостатки и область применения.
Рудольф Дизель собрал своё детище в 1897 году. Это был плавно работающий, предельно простой, удобный для эксплуатации механизм.
Техническая документация на изобретение поместилась на 13 страницах – Рудольф Дизель нарисовал и описал на них двигатель, названный затем его именем.
Так началась история, в результате которой теперь мы имеем миллионы грузовиков, легковых автомобилей и кораблей с дизельными моторами.
Принцип работы дизельного двигателя
И все-таки в чем принцип работы дизельного двигателя? Принцип работы дизеля состоит в компрессионном воспламенении топлива в камере сгорания при смешивании с разогретой воздушной смесью.
Подача смеси происходит раздельно ‒ сначала нагнетается воздух, затем поршень сжимает его и в верхней мертвой точке происходит впрыск топлива через форсунку
Воздух, в процессе сжатия разогревается до 800ºС, топливо поступает давлением до 30 МПа, происходит самовоспламенение.
Этот процесс сопровождается вибрациями и шумом. То есть дизель ‒ более шумный по сравнению с бензиновым движком.
Принцип работы дизельного двигателя позволяет быть двигателям как двух, так и четырехтактными, но основная масса автомобилей, все-таки, оснащены четырехтактными движками.
В двухтактном дизеле, по сравнению с четырёхтактным, ввиду другого принципа работы, совмещения двух тактов, впуска и выпуска (продувки).
Двухтактный вариант мощнее аналогичного по объёму четырёхтактного примерно в полтора раза.
Конструкция дизельного двигателя
Дизельный мотор почти не отличается от бензинового ‒ в нем лишь нет системы зажигания, а принцип действия дизельного двигателя ‒ поджиг топливной смеси не от свечи зажигания, а от нагретого высоким давлением воздуха.
Правда, высокое давление (до 30 атм.) в камере сгорания предполагает повышенные требования к деталям.
По конструкции камер сгорания дизели делятся на 3 типа:
- Разделенная вихревая камера сгорания;
- Неразделенная камера сгорания;
- Разделенная форкамера.
В таком устройстве топливная смесь подается не в основную, а в дополнительную вихревую камеру.
Она расположена в головке блока цилиндров и соединена с цилиндром через специальный канал. Воспламенение происходит в вихревой камере, а распространяется в основную камеру.
Неразделенная камера сгорания
При такой конструкции камера находится в поршне, а топливная смесь поступает в полость над поршнем.
Этот вариант камеры позволяет снизить расход топлива, но повышает уровень шума в процессе работы двигателя.
Разделенная форкамера
Дизельный мотор оснащен вставной форкамерой, она соединена с цилиндром каналами малого сечения.
Размер и форма каналов влияют на скорость движения газов во время сгорания топлива, при этом снижается уровень шума и токсичность, увеличивается ресурс.
Любой дизельный мотор имеет особую топливную систему. Система под большим давлением подает нужное количество топливной смеси в цилиндры. Рассмотрим её элементы.
Главные элементы топливной системы
- насос высокого давления для подачи топлива ();
- топливный фильтр;
ТНВД
Насос осуществляет подачу топлива в форсунки в количестве, которое зависит от оборотов, положения регуляторного рычага и показателей давления турбонаддува.
В современных дизелях применяются две системы топливных насосов – рядные (плунжерные) или распределительные. Подробно о насосах .
Несколько другие насосы применяются в современной системе впрыска , их называют магистральные.
В системе Common Rail ТНВД закачивает топливо в рампу, где поддерживается давление во всех каналах до форсунок.
Специальные форсунки же управляются электроникой и в нужный момент открываются для впрыска топлива в камеру сгорания. Про эту систему вы можете прочитать .
Топливный фильтр
Фильтр устанавливается исходя из модели движка. Его функция – выделение и удаление воды из солярки и излишнего воздуха из системы.
Форсунки
Для подачи топливной смеси в камеры сгорания применяют два типа форсунок – с многодырчатыми и шрифтовыми распределителями.
Распределителем форсунок определяется форма факела, необходимая для более эффективного процесса воспламенения.
Предпусковой подогрев
Для холодного пуска дизеля используется предпусковой подогрев. Он обеспечивается свечами накаливания, установленными в камере сгорания.
При запуске свечи накаливания разогреваются до 900ºС, подогревая воздушную смесь, которая поступает в камеру.
Система подогрева даёт возможность безопасно осуществить запуск даже при самых низких температурах.
Турбонаддув
С помощью турбонаддува в дизельных двигателях повышается мощность и эффективность работы.
С увеличением подачи воздуха, обеспечивается повышенное давление в цилиндрах, соответственно улучшается сгорание смеси, тем самым повышая мощность двигателя.
Чтобы получить оптимальное давление наддува на всех рабочих режимах используется турбонагнетатель (турбина).
Преимущества и недостатки дизеля
Преимущества
Главное преимущество дизеля – в его тяговитости . Он способен развивать большую мощность на низких оборотах, легко переносит перегрузки, резкие торможения и старты.
Второй плюс – экономичность . Литр солярки стоит немного дешевле, чем литр высокоактанового бензина, хотя продавцы топлива безсовестно уравнивают его с самым дорогим бензином.
Коэффициент полезного действия дизельного двигателя на средних оборотах доходит до 45 процентов, а с турбонаддувом и вовсе ‒ 50, для бензинового движка такие цифры вообще не реальны. К тому же дизель расходует меньше топлива.
Третий плюс – экологичность . У дизеля ниже токсичностью отработанных газов.
Следующее достоинство – долговечность и надёжность , так как дизтопливо одновременно и смазочный материал, предохраняющий от износа узлы двигателя.
Недостатки
Что касается недостатков, то один из самых существенных ‒ слабая морозоустойчивость. Летнее топливо становится густым при минус 5°С, зимнее ‒ при минус 35°С.
Ремонт дизеля и бензинового двигателя по стоимости примерно равноценны, если из строя не выйдет ТНВД. В таком случае владелец попадает на серьёзные деньги. А ломается от отечественной солярки низкого качества. В свою очередь хорошее импортное горючее ‒ это уже несколько другая цена.
Дизельный двигатель хорош на малых и средних скоростях . Желание выжать из него максимум оборотов приносит быстрый износ узлов и деталей.
А ещё авто в дизельном варианте может стоить на треть дороже бензинового аналога.
У турбодизеля свои недостатки ‒ ресурс турбокомпрессора меньше ресурса самого двигателя. Обычно это не более 150.000 километров . К тому же турбина предъявляет повышенные требования по качеству моторного масла.
Ну и на счёт запаха выхлопов у дизельного движка. Возможно для кого-то это не критично, но запах есть, и при этом достаточно неприятный.
Области применения
В настоящее время дизельные двигатели используют:
- на тяжелых грузовиках;
- на стационарных силовых установках;
- на легковых и грузовых машинах;
- на тепловозах и судах;
- на сельскохозяйственной, специальной и строительной технике.
Ну вот вы и узнали что такое дизельный мотор, сколько у него больших плюсов и маленьких минусов.
Теперь, зная как работакт дизельный мотор, вы задумаетесь какой следующий автомобиль покупать: .
Просто приходите на сайт!
Начать стоит с того, что КПД дизельного двигателя гораздо выше, чем у бензинового аналога. Проще говоря, этот мотор расходует гораздо меньше топлива. Подобного результата конструкторам удалось добиться за счёт создания уникальной конструкции.
Важно! Принцип работы дизельного двигателя сильно отличается от бензинового.
Безусловно, современные бензиновые двигатели обладают множеством разнообразных технологических инноваций. Достаточно вспомнить прямой впрыск. Несмотря на это, показатель полезного действия бензинового мотора составляет порядка 30 процентов. У дизеля этот же параметр достигает 40. Если же вспомнить турбонаддув, то цифра может дойти до 50%.
Неудивительно, что дизельные моторы постепенно завоёвывают Европу. Дорогой бензин стимулирует покупателей к покупке более экономичных машин. Производители в режиме реального времени отслеживают изменения в потребительских предпочтениях, внедряя соответственные коррективы в производственный процесс.
К сожалению, конструкция дизельного двигателя не лишена недостатков. Одним из самых существенных является большой вес. Безусловно, инженеры проделали огромный путь, постепенно уменьшая вес мотора, но у всего есть предел.
Дело в том, что в устройстве дизельного двигателя все детали должны быть подогнаны друг к другу максимально точно. Если в бензиновых аналогах допускается возможность небольшого люфта, то здесь всё по-другому. Как результат в самом начале внедрения технологии дизельные агрегаты устанавливали только на большие машины. Достаточно вспомнить те же грузовики начала прошлого века.
История создания
Тяжело себе представить, но первый работоспособный дизельный двигатель сконструировал инженер Рудольф Дизель ещё в XIX веке. Тогда в качестве топлива использовался обычный керосин.
С развитием технологии учёные стали экспериментировать. В результате, какие только виды топлива не использовались, чтобы достичь лучших результатов. К примеру, некоторое время моторы заправлялись рапсовым маслом и даже сырой нефтью. Безусловно, подобный подход не мог дать по-настоящему серьёзных достижений.
Многолетние изыскания привели учёных к идее использования мазута и солярки. Их низкая себестоимость и неплохая воспламеняемость позволили составить серьёзную конкуренцию бензиновым аналогам.
Внимание! Мазут и солярка делаются без применения сложных технологических процессов. Именно это является залогом их низкой цены. Фактически они представляют собой побочный продукт от переработки нефти.
Изначально системы впрыска топлива в устройстве дизельных двигателей были крайне несовершенны. Это не позволяло использовать агрегаты в машинах, которые работали на высоких оборотах.
Первые образцы автомобилей, оснащённых дизельными двигателями, появились в 20-х годах прошлого века. Это был грузовой и общественный транспорт. До этого моторы такого класса применялись только на стационарных станках или кораблях.
Лишь спустя 15 лет появились первые машины, которые работали за счёт дизельного двигателя. Несмотря на это ещё очень долго дизель, будучи мощным и имеющим иммунитет к детонации, не имел широкого распространения в автомобилестроении. Дело в том, что при наличии весомых преимуществ у агрегата был целый ряд недостатков, таких как повышенный шум при работе и большой вес.
Лишь в 70-х годах, когда начали расти цены на нефть, всё кардинально изменилось. Автомобилестроители и потребители устремили свои взоры к автомобилям, в своём устройстве, имеющим дизельные двигатели. Именно тогда впервые появились компактные дизели.
Дизельный двигатель
Устройство дизельного двигателя
Устройство дизельного двигателя состоит из четырёх основных элементов:
- цилиндров,
- поршней,
- топливной форсунки,
- впускного и выпускного клапана.
Каждый элемент конструкции выполняет свою задачу и имеет свои конструкционные особенности. В процессе развития данная технология дополнилась многими деталями, которые позволили добиться гораздо большей производительности, вот основные из них:
- топливная форсунка,
- интеркуллер.
Каждая из этих деталей позволила значительно увеличить КПД дизельного двигателя.
Принцип работы
Дизельный двигатель работает за счёт сжатия. Благодаря этому процессу жидкость под давлением попадает в камеру сгорания. Пропускными элементами служат форсунки инжектора.
Важно! Топливо попадает внутрь только тогда, когда воздух имеет нужную силу сжатия и высокую температуру.
Воздух должен быть достаточно горячим, чтобы топливо воспламенилось . Перед тем как попасть внутрь жидкость проходит через ряд фильтров, которые задерживают чужеродные частички, способные навредить системе.
Чтобы понять принцип работы дизельного двигателя нужно рассмотреть весь процесс подачи и воспламенения топлива от начала и до конца. На начальном этапе воздух подаётся через впускной клапан. При этом поршень движется вниз.
Некоторые впускные системы дополнительно обустраиваются заслонками. Благодаря им в конструкции создаётся два канала, через которые воздух попадает внутрь. В результате данного процесса происходит завихрение воздушных масс.
Внимание! Впускные заслонки могут быть открыты только при высокой частоте вращения коленвала.
Когда поршень достигает верхней точки, воздух сжимается в 20 раз. Предельное давление составляет порядка 40 килограмм на квадратный сантиметр. При этом температура доходит до 500 градусов.
Форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры в строго заданном количестве. Воспламенение происходит исключительно из-за высокой температуры. Именно этот факт объясняет то, что в устройстве дизельного двигателя нет свечей. Мало того, система зажигания отсутствует как таковая.
Отсутствие в конструкции дроссельной заслонки позволяет развить большой крутящий момент. Но число оборотов при этом находится на стабильно низкой отметке. За один цикл может осуществляться несколько впрыскиваний жидкости.
Вниз поршень толкает давление расширяющихся газов. Результатом данного процесса является то, что поворачивается коленвал. Связующим звеном в данном микропроцессе является шатун.
Дойдя до нижней точки, поршень вновь поднимается вверх, тем самым выталкивая уже отработанные газы. Они выходят наружу посредством выпускного клапана. Такой рабочий цикл повторяется раз за разом в дизельном двигателе.
Чтобы снизить процент сажи в газах, которые выходят через выхлопную систему существует специальный фильтр. Он позволяет в значительной мере уменьшить вред, наносимый экологии.
Дополнительные узлы
Как работает турбина
Турбина в устройстве дизельного двигателя позволяет в значительной мере увеличить общую производительность системы. Тем не менее автомобильные инженеры не сразу пришли к этому решению.
Толчком к созданию турбины и внедрению её в общее устройство дизельного двигателя стало то, что топливо не успевает полностью сгореть, пока поршень движется к мёртвой точке.
Принцип работы турбины на дизельном двигателе заключается в том, что данный конструкционный элемент позволяет добиться полного сгорания топлива. Как результат мощность мотора существенно возрастает.
Устройство турбонагнетателя состоит из таких элементов:
- Два кожуха — один крепится на турбину, второй на компрессор.
- Подшипники представляют собой опору узла.
- Защитную функцию выполняет стальная сетка.
Весь цикл работы турбины дизельного двигателя состоит из следующих этапов:
- Воздух всасывается внутрь при помощи компрессора.
- Подключается ротор, приходящий в движение за счёт ротора турбины.
- Интеркуллер охлаждает воздух.
- Воздух проходит несколько фильтров и попадает внутрь через впускной коллектор. В конце данного действия клапан закрывается. Открытие происходит при завершении рабочего хода.
- Через турбину дизельного двигателя проходят отработанные газы, тем самым оказывая давление на ротор.
- На данном этапе скорость вращения турбины дизельного двигателя может достигать около 1500 оборотов в секунду. Это заставляет вращаться ротор компрессора посредством вала.
Этот цикл повторяется раз за разом. Благодаря использованию турбины мощность дизельного двигателя растёт.
Важно! За счёт охлаждения плотность воздуха возрастает.
Увеличение плотности воздуха позволяет подавать его в значительно большем количестве внутрь двигателя. Увеличение потока способствует тому, что топливо внутри системы полностью сгорает.
Интеркуллер и форсунка
Во время сжатия увеличивается не только плотность воздуха, но и его температура. К сожалению, это сильно влияет на долговечность дизельного двигателя. Поэтому учёными было придумано такое устройство, как интеркуллер. Он эффективно снижает температуру воздушного потока.
Важно! Интеркуллер работает при помощи охлаждения воздуха путём теплообмена.
В устройстве может быть одна или две форсунки. Их задача заключается в том, чтобы распылять и дозировать топливо. Принцип работы форсунки дизельного двигателя реализуется за счёт кулачка, который отходит от распределительного вала.
Внимание! Форсунки дизельного двигателя работают в импульсном режиме.
Итоги
За счёт использования новых технологий и дополнительных узлов дизельный двигатель позволяет добиться поразительного показателя полезного действия от сгорания топлива. Данный показатель достигает 40—50 процентов. Что почти в два раза больше, чем в бензиновом аналоге.
Дизельные двигатели для автомобилей бывают разные, и дело не только в объёме и количестве цилиндров, поэтому попробуем кратко обозреть современный рынок и выяснить, какие из моторов самые надёжные.
Кому рейтинги отдали лидерство?
Ассоциации со словом «дизель» у жителя России всегда однозначны: запах солярки от пассажирского автобуса, чёрная гарь от проезжающего мимо грузовика, винтажные джинсы и часы одноименного бренда. Тем не менее у большинства жителей Европы слово, происходящее от фамилии немецкого изобретателя - это синоним надежного, недорогого и мощного «сердца» автомобиля. В нашей же стране его популярность не такая высокая, видимо, из-за погодных условий и знаний, что солярка густеет на холоде.
Рейтинги надежности, а особенно для автомобилей - дело неблагодарное. Сколько мнений, столько и списков, в которых составитель просто выражает свой взгляд на тот или иной предмет. Именно поэтому хотим обратить внимание, что приводимый ниже рейтинг не претендует стать неоспоримой истиной, а всего лишь попытка систематизировать данные, знания и (частично) личная точка зрения составителя.
В поисках ответа на вопрос, какой двигатель на дизельном топливе занимает ведущее место в комплектации легковых автомобилей, можно заметить, что некоторые рейтинги называют самой лучшей продукцию концернов Mercedes и BMW. Однако ситуация в мире автопромышленности сегодня несколько иная, попробуем разобраться.
Как показывают рейтинги крупных мировых автомобильных салонов, времена, когда дизельные двигатели легковушек представляли собой уменьшенные копии агрегатов, установленных на тяжеловесных грузовиках, ушли в прошлое. Особенно преуспел в выпуске таких моторов известный всем концерн Volkswagen, разработавший двигатель 1,9 TDI. На сегодняшний день он занимает первое место и считается самым сбалансированным по динамике и мощности.
Благодаря новейшим инженерным решениям, в частности, обновлённой турбине и увеличению давления в камерах сгорания, удалось не только добиться уникальных экологических характеристик, но и снизить . Причём мощность осталась на прежнем уровне (90–120 л. с.). Самые новые автомобили серии Passat оборудованы сейчас двигателем с максимальными показателями (комплектация BlueMotion). Расход топлива составляет 3,3 л на 100 км.
Дизельные призёры авторынка
Второе место занимает модификация мотора с трёмя турбинами, принадлежащая немецкой компании BMW. В первый раз этот агрегат был представлен несколько назад. Он обладает 6 цилиндрами и, имея объём 3,0 л, способен развивать мощность в 381 л. с. Комплектуются этими движками новейшие автомобили 5 и 7 серий, а также тяжеловесные кроссоверы с индексами Х5 и Х6. Модификацией его снабжены кабриолеты, имеющие серийный номер 6. Правда она имеет две турбины, за счёт чего мощность уменьшена до 313 л. с.
Не так давно на суд потенциальных покупателей были представлены автомашины, чьи двигатели имеют четыре турбины, и при крутящем моменте в 800 Нм, мощность будет в рамках 390–406 л. с.
Автомашина с четырёхтурбинным двигателем
Третье место нашего рейтинга заняла американская фирма промышленных дизельных движков Cummins, выпустившая суперфорсированный двигатель по заказу известной компании Dodge. Справедливости ради нужно отметить, что заокеанские производители не слишком жаловали вниманием дизельные моторы, предпочитая разрабатывать бензиновые. Однако увеличивающийся в последнее время спрос на автомобили с агрегатами, потребляющими солярку, заставил их обратить внимание на производство дизелей.
Модель показала себя достаточно мощной (240–275 л. с.), но в попытке занять «дизельную» нишу на рынке американцы слукавили и выдали за свою разработку итальянского концерна Fiat. Моделью такого двигателя оборудовался Maserati Ghibli, но из-за кризиса производство было отдано штатовским промышленникам.
Движок этот был признан не только самым экологичным, но и самым инновационным: при его производстве были применены металлы, использующиеся в космической промышленности и фильтры плазменной очистки топлива. То, что двигатель занял только третье место, «заслуга» узкой направленности. Его устанавливают только на спортивные болиды и пикапы Dodge Ram. По экономичности он может дать фору своим конкурентам: расход составляет всего 8,5 л на 100 километров.
Кто не сильно отстал от тройки призеров?
Ворвавшиеся 20 лет назад на мировой автомобильный рынок корейцы не только сумели занять на нем достойное место, но и «подвинуть» в рейтинге японских гигантов. Пройдя длинный путь «от электрочайников до карьерных самосвалов», они также не хотят упускать своей выгоды, которую сулит повышенный спрос на авто, оборудованные дизельными двигателями.
Как всегда, азиатские производители поступили весьма хитро: не желая капитально перестраивать производство и соревноваться с европейцами и американцами в мощности агрегатов, им удалось создать мотор объемом 1,7 л, который может выдавать 110–136 л. с. Не спешите презрительно морщить нос! При таких довольно скромных (по сравнению с продукцией других производителей) данных, дизель компании Hyundai обладает таким невероятным крутящим моментом, что не уступает в динамике бензиновым агрегатам, имеющим мощность 150–170 л. с.
Надо сказать, что таким агрегатом оборудован автомобиль Hyundai i40, поставляемый на европейский рынок. В Корее также дизельные двигатели как-то не нашли широкого применения (или туда еще не дошла волна «моды»), а потому их пока что ставят только на экспортные машины. В последнее время этот же агрегат появлялся на кроссовере с индексом ix35, а сейчас им оснащают такие популярные автомобили, как Grandeur и Sonata. Расход топлива, правда, побольше, чем у конкурентов, но корейцы и не стремятся кого-то удивлять. Их задача – поставлять надежных «рабочих лошадок», способных на среднее потребление топлива, в этом случае – 5,5 л на 100 км.
«Выжав» достаточное количество мощности из автомобилей и завоевав на рынке свою ячейку, японскому концерну Toyota теперь нет смысла кому-то что-то доказывать. Концепция, на которую производители бросили все силы, это экология и экономия при сохранении достаточной мощности. И это им удалось. Создавая двигатель для своего компактного автомобильчика с именем Urban Cruiser, они думали о том, чтобы жителям мегаполисов было не только удобно передвигаться по городу, но и в их головах не включался бы «калькулятор», подсчитывающий расходы на топливо.
Один из самых маленьких на сегодняшний день дизельных агрегатов – это 1,4 л мотор с мощностью всего 90 л. с. Это пятое место нашего рейтинга. Такие параметры, однако, не мешают создавать крутящий момент, позволяющий легко «тянуть» полноприводный автомобиль. Расход же дизельного топлива, в зависимости от режима поездки, составляет от 4 до 6 л на 100 км.
Так какой из них самый надежный?
Такой вопрос немного наивен, так как этот параметр зависит от многих факторов, в том числе и от манеры вождения. Но если выбирать лучший из вышеприведенного перечня, то первенство по надежности будет отдано американцам Cummins с двигателем Dodge.
И дело не в мощности или расходе топлива на 100 км. Скорее всего, роль играют материалы, применяемые в производстве. Блок цилиндра сделан из высокоуглеродистого чугуна, способного выдержать не только высокое давление, но и значительный температурный режим. А его поршни делаются из специального алюминиевого сплава, который применяется в деталях космических аппаратов. Это значит, что они способны выдержать и длительную работу при экстремальных режимах, и резкое повышение нагрузки при смене скоростного режима.
Также двигатель оборудован топливной системой впрыска Common Rail, которая, несмотря на довольно капризное отношение к качеству дизельного топлива, не только значительно экономит его расход, но и играет решающую роль в уменьшении шума мотора. Именно этими двигателями оборудуются как спортивные машины, так и авто повышенной проходимости. То есть, именно те экземпляры автопрома, эксплуатация которых происходит в экстремальных условиях, требуя от мотора не только непревзойденной мощности, но и безупречной надежности.
Если говорить о рейтинге автомобилей, которые подходят для российских дорог, лучше всего обратить внимание на образцы японского производства. Необязательно это будет Toyota (к двигателю которой, кстати, ни у одного российского автолюбителя претензий нет).
Для наших необъятных просторов вполне сгодятся Mazda, Honda, Nissan или вновь возрожденный Datsun. Весьма неплохо показала себя в эксплуатации Subaru.
Дело в том, что европейские машины, оборудованные дизельным двигателем, очень чувствительны к нашей солярке, качество очистки которой оставляет желать лучшего. Как показывают многочисленные отзывы автовладельцев, японские авто менее подвержены неисправностям при пользовании дизельным топливом, благодаря многочисленным устройствам очистки, электронным приспособлениям и встроенным предпусковым подогревателям, не дающим застывать солярке при низком температурном режиме.
Принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива при воздействии горячего сжатого воздуха.
Конструкция дизеля в целом мало чем отличается от бензинового двигателя , за исключением того, что в дизеле отсутствует как таковая система зажигания, поскольку воспламенение топлива происходит по другому принципу. Не от искры, как в бензиновом двигателе, а от высокого давления, с помощью которого сжимается воздух, из-за чего тот сильно разогревается. Высокое давление в камере сгорания накладывает особые требования к изготовлению деталей клапанов, которые предназначены для восприятия более серьезных нагрузок (от 20 до 24 единиц).
Дизельные двигатели применяются не только на грузовых, но и на многих моделях легковых автомобилей. Дизели могут работать на различных типах топлива - на рапсовом и пальмовом масле, на фракционных веществах и на чистой нефти.
Принцип действия дизельного двигателя
Принцип действия дизеля основан на компрессионном воспламенении топлива, которое попадает в камеру сгорания и смешивается с горячей воздушной массой. Рабочий процесс дизеля зависит исключительно от неоднородности ТВС (топливно-воздушной смеси). Подача ТВС в таком типе двигателя происходит раздельно.
Вначале подается воздух, который в процессе сжатия нагревается до высоких температур (около 800 градусов по Цельсию) , затем в камеру сгорания под высоким давлением (10-30 МПа) подается топливо, после чего происходит его самовоспламенение.
Сам процесс воспламенения топлива всегда сопровождается высокими уровнем вибраций и шума, поэтому двигатели дизельного типа являются более шумными в сравнении с бензиновыми собратьями.
Подобный принцип работы дизеля позволяет использовать более доступные и дешевые (до недавнего времени:)) виды топлива, снижая уровень затрат на его обслуживание и заправку .
Дизели могут иметь как 2, так и 4 рабочих такта (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск). Большинство автомобилей оснащено 4-х тактовыми дизельными двигателями.
Типы дизельных двигателей
По конструкционным особенностям камер сгорания дизели можно разделить на три типа:
- С разделенной камерой сгорания. В таких устройствах подача топлива осуществляется не в основную, а в дополнительную, т.н. вихревую камеру, которая располагается в головке цилиндрового блока и соединяется с цилиндром каналом. При попадании в вихревую камеру воздушная масса максимально сжимается, тем самым улучшая процесс воспламенения топлива. Процесс самовоспламенения начинается в вихревой камере, затем переходит в основную камеру сгорания.
- С неразделенной камерой сгорания. В таких дизелях камера располагается в поршне, а топливо подается в пространство над поршнем . Нераздельные камеры сгорания с одной стороны позволяют экономить расход топлива, с другой стороны - повышают уровень шума при работе двигателя.
- Двигатели предкамерные. Подобные дизели оснащаются вставной форкамерой, которая соединяется с цилиндром тонкими каналами. Форма и размер каналов определяют скорость движения газов при сгорании топлива, снижая уровень шума и токсичности, увеличивая ресурс работы двигателя.
Топливная система в дизельном двигателе
Основой любого двигателя дизельного типа является его топливная система. Основной задачей топливной системы является своевременная подача нужного количества топливной смеси под заданным рабочим давлением.
Важными элементами топливной системы в дизельном двигателе являются:
- насос высокого давления для подачи топлива (ТНВД);
- топливный фильтр;
- форсунки
Топливный насос
Насос отвечает за подачу топлива к форсункам по установленным параметрам (в зависимости от числа оборотов, рабочего положения регуляторного рычага и давления турбонаддува). В современных дизельных двигателях могут применяться два типа насосов для топлива - рядные (плунжерные) и распределительные.
Фильтр является важной составляющей частью двигателя дизельного типа. Топливный фильтр подбирается строго в соответствии с типом двигателя. Фильтр предназначен для выделения и удаления из топлива воды, и лишнего воздуха из топливной системы.
Форсунки
Форсунки не менее важные элементы топливной системы в дизеле. Своевременная подача топливной смеси в камеру сгорания возможна только при взаимодействии топливного насоса и форсунок. В дизелях применяются два типа форсунок - с многодырчатым и шрифтовым распределителем. Распределитель форсунок определяет форму факела, обеспечивая более эффективный процесс самовоспламенения.
Холодный пуск и турбонаддув дизельного двигателя
Холодный пуск отвечает за механизм предпускового подогрева. Это обеспечивается за счет электрических нагревательных элементов - свечей накаливания, которыми оснащена камера сгорания. При запуске двигателя свечи накаливания достигают температуры в 900 градусов, подогревая воздушную массу, которая попадает в камеру сгорания. Питание со свечи накаливания снимается через 15 секунд после запуска двигателя. Системы подогрева перед запуском двигателя обеспечивают его безопасный запуск даже при низких атмосферных температурах.
Турбонаддув отвечает за повышение мощности и эффективности работы дизеля. Он обеспечивает подачу большего количества воздуха для более эффективного процесса сгорания топливной смеси и увеличения рабочей мощности двигателя. Для обеспечения нужного давления наддува воздушной смеси во всех рабочих режимах двигателя применяется специальный турбонагнетатель.
Остается только сказать, что споры относительно того, что лучше выбрать рядовому автолюбителю в качестве силовой установки в свой автомобиль, бензин или дизель , не утихают до сих пор. Преимущества и недостатки есть у обоих типов двигателя и выбирать необходимо, исходя из конкретных условий эксплуатации автомобиля.
Доброго времени суток. Думаю многим будет интересна данная тема. Преимущества и недостатки...Всё ниже.
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.
Интересно то, что Дизель в своей книге вместо привычной нам с Вами солярки, в роли идеального топлива описывал каменноугольную пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли как топлива - в первую очередь из-за высоких абразивных свойств.
Но теорию дизельного двигателя рассматривал и Экройд Стюарт. Он не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество - топливную эффективность. Возможно, это и было причиной того, что в настоящее время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20-30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.
В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях, В 50 - 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
Принципы работы:
Четырёхтактный цикл.
При первом такте
(такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.
При втором такте
(такт сжатия, поршень идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрытывоздух сжимается в объёме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится меньше в 17 раз по сравнению с общим объёмом цилиндра, и воздух становится очень горячим.
Непосредственно перед началом третьего такта
(такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсун. При впрыске топливо распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняющейся смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода.
Выпускной клапан открывается, когда начинается четвёртый такт
(такт выпуска, поршень идет вверх), и выхлопные газы проходят через выпускной клапан.
Двухтактный цикл.
Поршень находится в нижней мёртвой точке и цилиндр наполнен воздухом. Во время хода поршня вверх воздух сжимается; вблизи верхней мёртвой точки происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется. Затем происходит рабочий ход - продукты сгорания расширяются и передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мёртвой точки происходит продувка - продукты сгорания замещаются свежим воздухом. Цикл завершается.
Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.
Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6 - 1,7 раз.
В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100.000 л.с.
Плюсы и минусы.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт, достигая эффективности 54,4 %). Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты - смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя.
Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий крутящий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой «Common-rail» системы. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный - и экологически такой же чистый, как и бензиновый - дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра». «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки «сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы - и так называемого «интеркулера» - то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.
Ну и на последок самое интересное. МИФЫ о дизельных двигателях.
Дизельный двигатель слишком медленный.
Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.
Дизельный двигатель слишком громкий.
Правильно настроенный дизель лишь немного «громче» бензинового, что заметно лишь на холостых оборотах. В рабочих режимах разницы практически нет. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично - от 2-х до 5-ти импульсов).
Дизельный двигатель гораздо экономичнее.
Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 10-30 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 МДж/кг) меньше чем у бензина (44-47 МДж/кг), основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400-600 тысяч километров.[источник не указан 211 дней] Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут не намного меньше, чем у бензинового.[источник не указан 211 дней]
Дизельный двигатель плохо заводится в мороз.
При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет. Например дизельный двигатель VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.
Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешевого газа.
Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе - газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также - кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.
А что вы скажете про дизельный двигатель?)