Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

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

История создания дизельного двигателя

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

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

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

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.

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

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

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

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

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство системы дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

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

Современный дизельный двигатель в разрезе

Принцип работы дизельного мотора

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

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

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

Порядок работы дизельной системы:

1. 1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
   2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
   3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания. Процесс самовоспламенения солярки с воздухом от свечи накаливания.

   Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.

2. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
3. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

Дополнительные компоненты двигателя

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

Принцип работы турбины

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

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

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

Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:

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

Цикл работы турбонаддува:

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

Цикл далее повторяется.

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

Интеркулер и форсунка

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

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

Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.

Вывод

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

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

Видео

В этом видео показывается принцип работы дизеля.

Строение системы дизельного двигателя.

Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).

Отличия ДВС евро 5 от евро 4.

Эксплуатация дизельного двигателя

Дизельные силовые агрегаты представляют собой принципиально иную конструкцию, нежели их бензиновые аналоги. Ключевое различие заключается в технологии приготовления и воспламенения горючего. Образование смеси производится в камере сгорания, а такт работы заключается во впрыскивании дозированной порции под огромным давлением, после чего она возгорается при контакте с разогретым воздухом. Такая технология позволяет избавиться от бензонасоса, свечей зажигания, высоковольтных проводов и остальных элементов, необходимых для бензиновых моторов.

Преимущества

Силовые агрегаты на дизельном топливе характеризуются рядом общих преимуществ.

• Экономичность. КПД таких моторов составляет 40% и может достигать 50% при наличии системы наддува.
• Мощность. При эксплуатации дизельных двигателей с турбиной не наблюдается классической ярко выраженной турбоямы, а весь крутящий момент становится доступен практически с самых низких оборотов.
• Надежность. Пробег дизельных силовых агрегатов составляет до 700 000 км.
• Экологичность. Использование технологии EGR и значительно меньший объем СО в выхлопных газах позволяют существенно снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Заправка

Одной из особенностей эксплуатации дизельных двигателей любого типа является придирчивое внимание к качеству топлива. Специалисты советуют проверять самостоятельно даже горючее с брендовых заправок.

Главный враг дизельной установки — это наличие воды в смеси, которая способна спровоцировать коррозию в топливной аппаратуре. Во избежание этого рекомендуется не заправлять горючее сразу в бак, а набрать его в канистры и дать отстояться, чтобы возможный осадок и примеси успели опуститься на дно.

Простым способом проверить смесь на наличие воды является добавление кристаллов марганцовки в пробную порцию, набранную в прозрачную посуду. При наличии воды вокруг них сразу же образуются окрашенные разводы.

Еще одним важным критерием является абсолютная прозрачность смеси. Любое помутнение, особенно — в зимний период, может означать начальную стадию кристаллизации парафина, легко забивающего топливные фильтры.

Обслуживание

Специфика эксплуатации дизельных двигателей подразумевает скрупулезное выполнение всех требований производителя, любое нарушение которых в итоге может привести к необходимости дорогостоящего ремонта. К числу рекомендаций, общих для всех силовых установок данного типа, относятся:

• Своевременная замена и контроль качества масла. Специалисты советуют проводить данную процедуру даже чаще прописанного в мануале межсервисного интервала. Эта рекомендация связана с нестабильными характеристиками сернистости российского дизтоплива. В качестве условного интервала можно ориентироваться на пробег в 7000км ?7500 км.
• Своевременная замена ремня ГРМ. В этом случае рекомендуется руководствоваться тем же принципом, что и при замене масла. У многих моторов допустимый пробег ремня достигает 100000 км, однако необходимо учитывать, что речь идет о практически стерильных условиях, принципиально недостижимых на отечественных дорогах. Обрыв износившегося раньше срока ремня всегда означает разрушение головки блока, ремонт или замена которой обходятся в значительную сумму.
• Контроль чистоты топливной системы. Замену фильтра рекомендуется проводить не реже чем в 10 000 км, а из самого фильтра — регулярно сливать накапливающийся в отстойнике осадок. Топливный бак желательно промывать дважды в год, снимая его с автомобиля. Несоблюдение этих требований может привести к выходу из строя форсунок и топливного насоса.

Особенности езды

Прогрев и остановка мотора. Вопрос езды «на холодную» является дискуссионным. Эксплуатация дизельных двигателей допускает такую возможность, однако стоит учитывать, что тепловые зазоры в этот момент увеличены, а охладившееся масло, наоборот, частично утрачивает смазывающие свойства, что в сочетании приводит к повышенному износу деталей. Оптимальным решением будет движение на скорости до 40 км/ч при включенной 3 или 2 передаче. Глушить не турбированный двигатель можно сразу же, а мотору, снабженному системой наддува, необходимо предоставить возможность поработать без нагрузки, чтобы подшипники успели остыть и не покрылись лаковой пленкой.

Оптимальные обороты. Силовые агрегаты данного типа относятся к низкооборотистым. Привычка «крутить» мотор выше 3 500 об/мин — 4 000 об/мин приводит к ускорению износа цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Оптимальным диапазоном для таких двигателей является, в зависимости от модели, промежуток от 1600 об/мин до 3200 об/мин.

Специфика воздушного фильтра. Дизельные агрегаты не снабжаются дросселированием на впуске, что в сочетании с малым объемом камеры сгорания и высокими втягивающими свойствами провоцирует гидроудар при попадании в фильтр даже минимального количества воды.

Отказ от запуска «с тяги». Корректно работающий силовой агрегат штатно заводится при температуре окружающей среды до ?20°С. При затрудненном запуске категорически запрещается пытаться «дернуть» автомобиль, так как при этом может пострадать привод ГРМ. Кроме того, несовпадение температурного допуска горючего и температуры за бортом приводит к кристаллизации парафина и утрате топливом требуемой текучести. В таком случае попытка завести мотор на буксире приведет к сухому трению и повреждению деталей силового агрегата.

Эксплуатация зимой

Эксплуатация дизельных двигателей на холоде усложняется необходимостью использовать соответствующее топливо при понижении температуры до 20°С и более («зимнее» и «арктическое» соответственно). Особого внимания при этом требует состояние форсунок и ТНВД. В это время специалисты советуют оставлять автомобиль на ночь в теплом гараже, чтобы избежать кристаллизации парафинов в горючей смеси. В случае эксплуатации дизельного двигателя, оснащенного турбиной, весьма пригодится наличие турботаймера, который позволит выдерживать необходимые для прогрева и остывания интервалы.

Советы по ремонту

Попытка сэкономить на запчастях или обслуживании при эксплуатации дизельного двигателя может привести к необходимости его дорогостоящего ремонта. В силу значительных нагрузок к качеству комплектующих данного типа силовых установок предъявляются жесткие требования.

Использование дешевых свечей, цепей и иных комплектующих может превратиться в бессмысленную трату денег, так как детали будут выходить из строя в кратчайшие сроки.

Аналогичный принцип актуален и для самого сервиса, в котором проводятся ремонтные работы. Привлечение неквалифицированных механиков может закончиться потерей времени, денег и даже новыми повреждениями мотора.

Ремонт дизелей требует строгого соблюдения регламента работ и наличия профессиональных знаний и оборудования у исполнителей.

Современные дизельные двигатели зарекомендовали себя с положительной стороны, однако сложная конструкция и требовательность таких моделей требует квалифицированного сервисного обслуживания.

Дизельный центр «Diesel-PRO» является представителем крупнейших торговых марок автокомпонентов, а также предлагает услуги по регулировке и ремонту топливной аппаратуры отечественного и иностранного производства. Подобрать нужный дизельный двигатель, а также ознакомиться с характеристики и фото товаров вы можете в каталоге на сайте компании.

Похожие статьи

Дизельный автотранспорт DAF отличается сочетанием мощности и экономичности. Чтобы использовать эти преимущества в полной мере, необходимо строго контролировать состояние двигателя. В частности .

Работа дизельных двигателей автомобилей МАН напрямую зависит от состояния топливной системы. Одним из её основных узлов являются форсунки, влияющие на сгорание топлива. Специфика эксплуатации .

Выпуск ДВС ЯМЗ 7511 осуществляется Ярославским моторным заводом, начиная с 1997 года. Обладая современной конструкцией и хорошей мощностью, он получил признание как автомобилестроителей, так и .