Дизельні двигуни

Принцип роботи дизельного двигуна

15.10.2015

Як працює автомобільний дизельний мотор

Вражаючими темпами розвиваються дизельні технології особливо в останні десять років. Половина нових автомобілів, що продаються сьогодні в Європі є їх модифікаціями мають дизельний мотор. Незважаючи на те, що принцип роботи дизельного двигуна залишився колишнім, він став тихіше, екологічно чистіше, а неприємний запах, чорний густий дим з труби і гучне торохтіння залишилися далеко в минулому.

Таким був дизель на зорі свого становлення

Не тільки економічність, але і висока потужність, хороша динаміка стали основними характерними особливостями сучасних дизельних моторів. Цікаво як же вдається дизелю відповідати постійно зростаючим значенням норм токсичності, не тільки не програючи при цьому в потужності і економічності, а постійно покращуючи ці показники. Спробуємо по порядку все розглянути.

Як працює дизель, що добре, а що не зовсім

Головним принциповим відзнакою дизельного двигуна від бензинового є спосіб приготування робочої горючої суміші та подальшого її займання. У більшості карбюраторних і інжекторних бензинових двигунів робоча суміш готується у впускному тракті. Хоча і в деяких бензинових двигунах суміш, що утворюється, як і в дизелі прямо в циліндрі. Займання суміші в бензиновому моторі відбувається в потрібний момент від електричного пробою (іскри), а в дизелі від високої температури знаходиться в циліндрі повітря.

Принцип роботи дизельного двигуна

Приблизно так виглядає загоряння в дизельному двигуні

Працює дизель так: при ході поршня вниз відбувається всмоктування в циліндр чистого повітря, що нагрівається при ході поршня вгору. При цьому температура роботи дизельного двигуна доходить до 700-900°с, що викликано високим ступенем стиснення. Коли поршень підходить у верхню мертву точку в камеру згоряння впорскується під високим тиском дизельне паливо і, стикаючись з розігрітим повітрям, самозаймається. Самовоспламенившееся дизпаливо, розширюючись, призводить до різкого наростання тиску в циліндрі, чим в принципі і викликана підвищена шумність роботи дизеля.

Описаний вище принцип роботи дозволяє дизелю використовувати дуже бідну суміш при порівняно дешевому дизельному паливі, а це в свою чергу визначає його високу економічність і невибагливість. Дизель має на 10% вище ККД і крутний момент більше, ніж у бензинового двигуна. Основними недоліками дизельних моторів є підвищена шумність і вібрація, труднощі холодного пуску і, безумовно, менша потужність на одиницю обсягу, хоча сучасні моделі цих недоліків практично не мають.

Особливості і пристрій деяких вузлів

Враховуючи, що ступінь стиснення дизельного двигуна приблизно в 2 рази більше, ступеня стиснення бензинового, аналогічні його деталі істотно посилюються, так як повинні будуть витримувати більш високі навантаження. Характерною деталлю дизеля є його поршень, форма днища якого залежить від камери згоряння точніше від її типу, а у багатьох випадках сама камера згорання влаштована в днище того ж поршня. На відміну від бензинових двигунів днища поршнів дизеля, у верхній мертвій точці, виступають за верхню площину блоку циліндрів. Оскільки робоча суміш самозаймається від стиснення, у дизеля відсутня звична система запалювання, хоча свічки застосовуються і на дизелі.

Принцип роботи дизельного двигуна

Свічка розжарювання в дизельному двигуні

І це свічки з вмонтованою спіраллю розжарювання, які призначені підігрівати повітря в камері згоряння особливо перед холодним пуском двигуна. Основні показники дизельного двигуна як технічні, так і екологічні визначаються в основному системою уприскування палива і типом камери згоряння.

Принцип роботи камер згоряння та їх типи

В дизельних двигунах камери згоряння можуть бути двох типів нерозділені або розділені. До недавнього часу в легковому машинобудуванні переважали дизельні двигуни з окремими камерами згоряння. Паливо у цьому випадку впрыскивалось не в простір над поршнем, а в камеру згоряння розташовану в голівці блоку циліндрів. Роздільні камери згоряння, в залежності від процесу утворення суміші предкамерный (форкамерный) або вихрекамерный, конструктивно виконуються по-різному.

При форкамерном процесі впорскування палива виробляється в попередню камеру, що сполучається невеликими отворами або каналами з циліндром, паливо, вдаряючись об її стінки, змішується з повітрям. Воспламенившаяся суміш з великою швидкістю по каналах, перетини яких підібрані так, що б при стисненні і розрідженні виникала велика різниця тисків між попередньою камерою і циліндром, потрапляє в основну камеру, де і повністю згорає.

При вихрекамерном процесі згоряння суміші починається в окремій камері, що представляє собою порожню сферу. В ході такту стиснення повітря через з’єднувальний канал потрапляє в цю камеру і, закручуючись в ній, утворює вихор, завдяки чому паливо, впрыснутое в потрібний час, ретельно перемішується з повітрям.

Як бачимо, розділеній камері схема роботи дизельного двигуна така: паливо згорає як би в два етапи, що, безумовно, знижує навантаження на поршні, тим самим забезпечуючи більш м’яку роботу двигуна. Одним з недоліків дизельних двигунів виконаних з розділеною камерою згорання можна назвати збільшений витрата палива за рахунок втрат походять з-за великої поверхні такої камери, а також істотних втрат на перетікання повітря з циліндра в додаткову камеру і потім вже горючої суміші назад у циліндр. Зазначені втрати погіршують крім того пускові характеристики дизеля.

Принцип роботи дизельного двигуна

Типи камер дизельного двигуна

Ну а тепер про дизельні двигуни з неподіленою камерою згорання або як їх ще називають дизелі з безпосереднім уприскуванням. У такому двигуні камера згорання являє собою порожнину певної форми, конструктивно виконану в днищі поршня, а впорскування палива виробляється безпосередньо в циліндр. Безпосередній впорскування ще не так давно був прерогативою низькообертові дизельних двигунів мають великий об’єм і встановлюваних на вантажні автомобілі. Дуже підкуповувала економічність дизельних двигунів з безпосереднім уприскуванням, але їх застосування на дизельних моторах невеликого літражу стримувалося конструктивними труднощами в організації, власне кажучи, процесу згоряння та на додачу ще підвищеними вібрацією і шумом з’являлися в режимі набору швидкості.

Застосування з’явилися останнім часом, електронних систем управління дозуванням палива, що дозволило оптимізувати згорання робочої суміші в дизелях з безпосереднім уприскуванням (з неподіленою камерою згорання), що в свою чергу призвело до зниження вібрації і шуму. Сьогодні розробляються нові дизельні двигуни в своїй конструкції використовують безпосереднє уприскування дизпалива.

Топливоподающие системи

Система паливоподачі, будучи однією з найважливіших ланок дизельного двигуна, призначена для забезпечення його в потрібний момент часу необхідною кількістю палива, причому з заданим тиском .

Важливим елементом системи паливоподачі є паливний насос високого тиску (ТНВД), який в потрібній послідовності нагнітає необхідні кількості дизельного палива, що надходить від підкачуючого насоса з бака, в магістралі гідромеханічних форсунок кожного циліндра. При наявності високого тиску перед форсункою вона відкриваються, а при його відсутності або зниженні закриваються.

Принцип роботи дизельного двигуна

Паливний насос високого тиску

Паливні насоси високого тиску бувають двох типів: рядні насоси многоплунжерные та насосів розподільного типу. Рядний насос являє собою набір окремих секцій, за кількістю циліндрів розташованих в один ряд, звідси і така назва. Секція складається з гільзи і входить в неї плунжера, який приводиться в рух вал з кулачками, який отримує обертання від двигуна. Незважаючи на різні принципи роботи дизельних двигунів в сучасних автомобілях, такі насоси зараз практично не застосовуються, тому що тиск створюване ними не постійно внаслідок залежності від оборотів колінчастого валу і ще з-за того що не можуть забезпечити сучасні вимоги пред’являються до гучності та екології.

На відміну від рядних насосів розподільні насоси здатні створити більш високий тиск при упорскуванні палива і тим самим забезпечити досягнення регламентованих чинними нормативами, значень токсичності вихлопних газів. Такі насоси створюють тиск з відповідними параметрами режиму роботи двигуна. Розподільчий насос має в конструкції плунжер-розподільник, що виконує обертальний і поступальний руху, при поступальному русі відбувається нагнітання палива, а при обертальному його розподіл по форсунок. Ці насоси компактні, здійснюють рівномірну подачу і розподіл палива по циліндрах, а також відмінно працюють на високих оборотах. Розподільні насоси дуже чутливі до чистоти і якості дизпалива, оскільки всі прецизійні деталі таких насосів їм змащуються, а зазори між ними дуже малі.

Для вприскування палива використовується ще насос-форсунка, встановлена в головку блоку двигуна на кожен циліндр, і приводиться в дію кулачком розподільного валу через штовхач. При цьому такти роботи дизельного двигуна відбуваються почергово. Паливні магістралі до насос-форсунки виконані в голівці блоку у вигляді каналів, в зв’язку з чим розвивається тиск близько 2200 бар. Дозування стисненого до такої міри палива, управління кутом випередження впорскування виконується за допомогою спеціального електронного блоку, що видає керуючі команди на електромагнітні або п’єзоелектричні запірні клапани насосів-форсунок.

Принцип роботи дизельного двигуна

Складові частини насос-форсунки

Змогу даних пристроїв працювати в імпульсному режимі дозволяє здійснювати попередній впорскування, подаючи спочатку невелику порцію палива, що у свою чергу робить роботу двигуна м’якше і знижує токсичність вихлопу. Основним недоліком таких форсунок є залежність тиску від оборотів дизеля і, безумовно, дуже висока їх вартість із-за складної технології виготовлення.

Турбонаддув, турбодизель

Турбонаддув є ефективним способом збільшення потужності дизеля. З його допомогою можна наповнити циліндри додатковою кількістю робочої суміші, тим самим збільшити потужність двигуна. Наявність підвищеного в півтора два рази тиску вихлопних газів дизеля проти бензинового, турбокомпресора дозволяє забезпечити турбонаддув з дуже низьких обертів, і уникнути так властивого бензиновим двигунам провалу. Оскільки в дизелі відсутня дросельна заслінка, то для ефективного наповнення циліндрів на різних режимах не потрібно складних систем для управління турбокомпресором. Наддув допомагає отримати однакову потужність турбодизеля з звичайним дизелем при меншому робочому обсязі, що в свою чергу дозволяє знизити його масу.

Турбонаддув дозволяє оптимізувати роботу двигуна у високогірних районах, компенсуючи нестачу повітря і тим самим, не допускаючи зниження потужності. Недоліки турбодизеля в основному пов’язані з надійною роботою турбокомпресора, ресурс якого значно менше ресурсу двигуна із-за жорстких вимог до якості моторного масла. Поломка турбокомпресора може вивести зі строю і сам двигун. Слід сказати, що власний ресурс турбодизеля все-таки нижче такого ж звичайного дизельного двигуна в основному з-за великої ступені форсування. У таких дизельних двигунів з турбонаддувом, як правило, підвищена температура газів в камері згоряння, і для забезпечення надійної роботи поршнів вони охолоджуються маслом, яке подається через спеціальні розпилювачі знизу.

Короткий опис статті: дизельні двигуни Щоб забезпечити тривалу роботу автомобіля треба знати принцип роботи дизельного двигуна – для тих, природно, у кого стоїть цей двигун. Поняття таких принцип схема температура такти роботи дизельного двигуна

Джерело: Принцип роботи дизельного двигуна

Також ви можете прочитати