Все об устройстве дизельного двигателя

Рассмотрим устройство дизельного двигателя автомобиля. Современные ав­то­мо­би­ли, которые оснащены дизельными двигателями, имеют ряд преимуществ. Основные – это топливная экономичность и высокий крутящий момент, который «подхватывает» прак­ти­чес­ки с холостого хода. Последние разработки позволили конкурировать дизельным моторам с бензиновыми даже по таким показателям, как шумность и надежность. Уст­ройст­во двигателя автомобиля, работающего на бензине, было подробно рассмотрено ранее.

Базовая конструкция бензинового и дизельного двигателей одинакова. Ос­нов­ная движущая сила – это цилиндро-порш­не­вая группа (ЦПГ) с одним и тем же принципом действия. Отличия начинаются в системе клапанов. Впускные и выпускные клапаны значительно усилены, чтобы вы­дер­жать большую степень сжатия. У «ди­зе­ля» она выше в два раза. По этой же причине дизельный двигатель на порядок тяжелее и габаритнее, чем бензиновый (при равных объемах).

Главное и принципиальное отличие устройства дизельного двигателя заключается в топливной системе. Формирование, подача и возгорание топлива происходит различными способами.

В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом еще до подачи в цилиндры. А после подачи бензин загорается с помощью искры от свечей зажигания. А в дизельном раздельная подача воздуха и топлива. Воздух поступает в цилиндр первым, где после нагрева до 700-800°С к нему добавляется (впрыскивается под высоким давлением) дизельное топливо. Благодаря высокой температуре воздуха происходит мгновенное воспламенение.

Самовоспламенение солярки сравнимо с небольшим взрывом, что приводит к резкому увеличению давления внутри ЦПГ. Именно по этой причине дизельный двигатель работает громче и жестче. Зато он может работать на обедненных топливных смесях, благодаря чему существенно экономит топливо. За счет меньшего потребления и менее обогащенной смеси у дизельных двигателей вредные выбросы в атмосферу существенно ниже, чем у бензиновых.

Повышенный шум и вибрация, меньше лошадиных сил при равном объеме, плохой запуск при минусовой температуре – это «легендарные» дизельные недостатки. Но это, скорее, относится к предыдущим поколениям моторов. Современные разработки позволили устранить большинство недочетов.

Дизельные двигатели бывают нескольких типов. Отличаются они строением камеры сгорания. Рассмотрим каждый тип более подробно.

Непосредственный впрыск у дизеля – это когда топливо впрыскивается над поршнем ( см. работа порш­ня ), а цилиндр выполняет роль камеры сгорания так же как и в инжекторных бензиновых системах. Раньше та­кая технология использовалась только в двигателях ог­ром­но­го объема с низкими оборотами. И не получала широкого распространения.

Сейчас удалось достичь прогресса благодаря электронно-управляемым топливным насосам высокого давления, оптимизации топливной смеси и ряду других новшеств. Мотор с такой системой подачи топлива мо­жет спокойно работать на оборотах до 4500, при этом гораздо улучшились показатели экономичности, шума и вибраций. Правда, стоимость обслуживания также возросла.

Тип дизельных двигателей с раз­дель­ной камерой сгорания отличается от непосредственного впрыска наличием дополнительной камеры. Такая камера размещается в головке блока цилиндров и, как правило, является вихревой. Ци­линдр соединен с камерой специальным каналом. Благодаря этому воздух, ко­то­рый подается под давлением, образует вихрь для лучшего воспламенения.

Самовозгорание топлива на­чи­на­ет­ся непосредственно в дополнительной камере и переходит в сам цилиндр. За счет такого порядка давление в цилиндре нарастает постепенно, что позволяет увеличить максимальные обороты. Уровень шума двигателя с такой системой гораздо ниже.

Подавляющее большинство внедорожников и легковых автомобилей оснащается дизельными моторами с раздельной камерой сгорания.

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Устройство топливной системы ди­зель­но­го двигателя является его основой. Топливная система состоит из топливного насоса высокого давления, дизельного топливного фильтра и форсунок дизельного двигателя. От состояния этих элементов будет зависеть правильная подача топлива и надежность работы мотора в целом.

Главная задача – это подать нужное ко­ли­чест­во топлива с нужным давлением и в нужный момент времени. Все этапы происходят на большой скорости и под высоким давлением. Чтобы обеспечить достаточную надежность необходимо использование высокоточных и сложных механизмов. Все это складывается в довольно дорогую систему со сложной настройкой. Давайте рассмотрим каждый элемент устройства топливной системы дизельного двигателя отдельно.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Топливный насос высокого давления - основной дорогой и сложный элемент. Его главная функция – управление подачей топлива с помощью определенных программ. В зависимости от того, как сильно вы давите на педаль газа, насос подает строго необходимое количество топлива форсункам. При этом учитывается температура двигателя, положение дросселя, количество воздуха, давления тур­бо­над­ду­ва и множества других факторов.

Существуют ТНВД нескольких типов, но самый распространенный – это рас­пре­де­ли­тель­ный тип. Его устанавливают практически на все современные легковые и внедорожные авто.

Насосы такого типа заслужили популярность благодаря своей компактности и точности работы. Топливо распределяется по цилиндрам очень равномерно. К тому же за счет скоростных регуляторов топливный насос высокого давления отлично справляется со своей работой на высоких оборотах.

У ТНВД такого типа есть одно слабое место – требовательность к качеству солярки. Все внутренние части насоса смазываются топливом, а некоторые элементы имеют миниатюрные зазоры. Поэтому плохо очищенная солярка низкого качества может очень быстро вывести из строя эту дорогостоящую составляющую топливной системы.

Форсунки дизельного двигателя

Для эффективной работы всей системы критично важным является состояние форсунок дизельного двигателя. Это высокоточный эле­мент, который подвергается огромным наг­руз­кам. Сама форсунка состоит из корпуса и распылителя. Рабочее давление во всей топ­лив­ной системе определяется регулировкой дав­ле­ния открытия иглы распылителя форсунки. Распылители бывают двух типов – штифтовые и дырчатые. От правильной работы распылителей зависит расход топлива, мощность двигателя и экологические показатели выхлопа.

Игла распылителя двигается строго каждый второй оборот двигателя и не­пос­редст­вен­но попадает в камеру сгорания. Поэтому материалы для изготовления используют очень прочные и устойчивые к высоким температурам. Это не могло не сказаться на стоимости – форсунки дизельного двигателя довольно дорогие.

Дизельный топливный фильтр

Дизельный топливный фильтр самый простой элемент системы, но выполняет очень важную роль. Современные ТНВД, как писали выше, очень чувствительны к качеству топлива. Поэтому фильтр должен предотвратить за­со­ре­ние и не только. Дизельные топливные фильтры задерживают не только мусор, но и воду. Вода отделяется от солярки и направляется в спе­ци­аль­ный отстойник, который необходимо время от времени сливать.

Фильтры подбираются строго под оп­ре­де­лен­ную марку двигателя. Они могут отличаться пропускной способностью, степенью фильтрации, чувствительностью к обнаружению воды и другими специфическими па­ра­мет­ра­ми.

В случае проведения сервисных работ может понадобиться удалить остатки воздуха из топливной системы. Для этого предусмотрен насос ( см. топливный насос двигателя ) с ручной подкачкой, который размещают вверху на корпусе фильтра.

Для условий сурового климата некоторые модели комплектуют электроподогревом фильтра. Такая опция поможет завести машину в мороз, а также устранит кристаллизацию дизельного топлива.

Запуск дизельного двигателя

Для запуска дизельного двигателя необходимы свечи накаливания. Это элементы, которые установлены в камере сгорания. Они активируются при включении зажигания и нагреваются до 900°С за пару секунд. Такой температуры достаточно для са­мо­вос­пла­ме­не­ния топлива.

Существует индикатор готовности к запуску дизельного двигателя на панели при­бо­ров. Пробовать заводить автомобиль следует только, когда погаснет контрольная лампа.

Для обеспечения стабильной работы непрогретого мотора свечи продолжают свою работу еще 20-30 секунд, после чего автоматически отключаются. Предпусковой подогрев последних поколений способен обеспечить запуск дизельного двигателя при морозах до -30°С.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

В дизельных двигателях с турбонаддувом турбина позволяет увеличить мощность и элас­тич­ность. Это становится возможным за счет дополнительного нагнетания воздуха в камеру сгорания.

Бывают механические нагнетатели, ко­то­рые приводятся в действие с помощью ремня. Но более распространены турбокомпрессоры, которые работают за счет давления от­ра­бо­тан­ных газов. У дизеля давление выпускной сис­те­мы в два раза выше, чем у бензиновых моторов. Это позволяет работать турбине с минимальными оборотами и избежать эффекта «турбоямы».

За большую мощность дизельного двигателя с турбонаддувом придется платить более качественным моторным маслом (компрессор очень чувствителен к этому па­ра­мет­ру). Также турбина работает под высокой нагрузкой, поэтому ее ресурс редко превышает 150000 км.

Источники: http://avto-ustroistvo.ru/dizelnyj-dvigatel.php

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 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.

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.

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.

Источники: http://www.auto-infosite.ru/articles_dizelnyj_dvigatel.html

Рассмотрим устройство дизельного двигателя и некоторые отличия от бензиновых ДВС.

Конструктивные особенности

Конструктивно агрегат представляет достаточно крупный по габаритам блок цилиндров из литого чугунного корпуса. В полости его расточенные под определенным углом гнезда с впрессованными гильзами (цилиндрами). В блоке имеют место многочисленные секции вокруг гильз, которые образуют водяную рубашку охлаждения. Постоянный круговорот охлаждающей жидкости в полостях головки блока упреждают двигатель от перегрева.

В своей нижней части блок имеет сферическую расточку (подушку) для установки, крепления коленчатого вала.

Крупным узлом считается головка блока с литыми гнездами под втулки клапанов.

Неотъемлемым элементом мотора остается клиновой привод водяной помпы, компрессора кондиционера, генератора.

К основным узлам следует отнести:

• механизм шатунно-поршневой группы;
• механизм газораспределения;
• картер двигателя и систему смазки.

Именно эти узлы, взаимодействуя между собой, определяют характеристику силового агрегата.

Если исключить ТНВД (топливный насос высокого давления), высокое давление форсунок, усиление отдельных деталей, например, клапанов и поршней, то конструктивные элементы современных дизельных и бензиновых двигателей не сильно разнятся.

Принцип работы дизельного двигателя заключается в формировании и получении полезной работы от воспламенении топливной смеси. Здесь не происходит смешивание солярки с воздухом и подача ее в камеру сгорания с воспламенение от искры, как в случае с бензиновыми системами зажигания. Нет катушки зажигания, трамблера, свечей, карбюратора и прочих атрибутов бензинок.

Отвечая на вопрос, как работает дизельный двигатель, заметим, что в дизеле смешения горючего и воздуха осуществляется непосредственно в камере сгорания. То есть, под поршень нагнетается воздух, который на такте сжатия достигает температуры 700-800° C. Достигнув такового, топливным насосом посредством форсунок в камеру сгорания впрыскивается горючее. Впрыск под давлением, порой 30 атмосфер, привод к реакции с нагретым сжатием воздуха и моментальному самовоспламенению образовавшейся смеси. Процесс завершается давлением, толкающим поршень вниз к НМТ.

Система подает регламентированную дозу горючего посредством насоса высокого давления. Наличие форсунок и топливных фильтров предопределяет точность и бесперебойную работу топливной аппаратуры. Весь процесс зиждется на топливном насосе высокого давления, подающем горючее исходя из режима работы. Давление в системе нагнетается с помощью плунжерных пар. Привод ТНВД связан с коленчатым валом. Нажатием на акселератор выполняются функции регулирования нормы горючего, соответствующему обороту двигателя.

Форсунка, фильтр топливный

В паре с ТНВД исключительно важным узлом топливной системы являются форсунки. Функции их – подать конкретную дозу горючего в камеру сгорания. Давление, при котором открывается форсунка, равно величине, необходимой для максимального раздробления дизеля и создания топливного тумана.

На конце форсунок, в сложных температурных условиях работает игольчатый распылитель, формирующий контур факела. Контур впрыска принципиально важен для быстрого, полноценного сгорания. Тяжелый режим работы обусловлен постоянным нахождением их в зоне камеры сгорания. Исходя из этого, распылители форсунок выполняются из жаростойких материалов на станках высочайшей точности обработки. Для мягкой, бесшумной работы, в камеру сначала подается мизерная доза топлива. Она только разогревает воздух камеры. В заданный момент впрыскивается основная доза. Эти действия, посредством электроники, позволяют плавно наращивать давление, создавая условия для полного сгорания топливно-воздушной смеси.

В прерогативу топливного фильтра входит возможность тонкой очистки горючего. Но основная функция основывается на отделении воды из топлива. Поэтому фильтр нуждается в периодическом удалении отстоя воды через сливной краник.

Упредить критическое остывание с последующим запарафиниванием топлива помогает система электрического подогрева, что способствует быстрому запуску холодного двигателя.

Запуск, турбонаддув

Холодный запуск дизелю облегчает система предварительного разогрева, для чего в камере сгорания специально размещены свечи с функцией накала до 900° C. Информация о степени нагрева сообщается сигнальной лампой на приборной панели (закрученная спираль). По мере устойчивой работы двигателя свеча автоматически гаснет. В некоторых автомобилях свечи выключаются в момент подачи питания на стартер.

Система турбонаддува ориентирована повышать мощность и устойчивость на всех режимах работы ДВС. То есть турбинный компрессор подает под поршень избыточную порцию воздуха, увеличивая тем самым мощность мотора. Но длительный ресурс компрессора нужно поддерживать высоким качеством моторного масла.

Устройство системы турбонаддува

Система впрыска

Наиболее эффективной системой впрыска топлива считается Common Rail. Принцип работы системы заключается в том, что топливо накапливается в магистральной рампе, с которой поступает непосредственно в форсунку. А это путь к экономии солярки, низкому шуму от рабочего такта и выхлопных газов. За цикл работы, устройство выполняет два этапа впрыска. Самую малость топлива в начале и основную порцию для получения максимальной отдачи от сгорания.

Эти преимущества привели к использованию этой системы впрыска почти на каждом грузовом дизельном автомобиле и в большинстве гражданских моделях.

Система насос-форсунка предполагает установку форсунок по одной на каждый цилиндр. Устройство отличается от Common Rail высоким давлением впрыска. Отправной точкой считается высокая мощность транспорта до 20%, экономичность, низкая токсичность отработки. В обоих случаях, контрольные функции осуществляются системой управления двигателем через магнитные соленоиды.

Дополнительная система, используемая в паре с дизельными ДВС, предназначена для снижения показателей токсичности выхлопных газов. Каталитический нейтрализатор предназначен сжигать остатки частиц газов в сажевой сетке. Но это уже из области регенерации отработки, что повсеместно применяется и на бензиновых ДВС. Особенность лишь в том, что в паре с ДВС на дизельном топливе система особенно эффективна и позволяет добиться внушительных показателей экологичности дизельных ДВС.

Источники: http://autolirika.ru/teoriya/ustrojstvo-i-konstruktivnye-osobennosti-dizelnogo-dvigatelya.html