как он устроен, его плюсы и минусы :: Autonews

Фото: Shutterstock

adv.rbc.ru

Читайте также

Почему дизельные двигатели стали столь популярными, особенно в Европе, а потом резко впали в немилость? Какие у них главные преимущества и недостатки? Разбираемся во всех подробностях и отвечаем на основные вопросы, возникающие при выборе между бензиновыми и дизельными ДВС.

• Что это
• Отличия от бензинового
• Системы дизеля
• Плюсы
• Минусы
• ТО и ремонт

adv.rbc.ru

Что такое дизельный двигатель

Дизельный двигатель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, в цилиндрах которого топливо воспламеняется при взаимодействии с воздухом, нагретым в результате сжатия. Назван этот тип мотора в честь своего создателя: немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который получил на него патент в 1892 году (а первый образец, пригодный к практическому использованию, появился в 1897 году). По сравнению с паровыми двигателями того времени, дизельный был больше и тяжелее, но зато имел более высокий КПД.

Чем дизельный двигатель отличается от бензинового

И в бензиновом моторе, и в дизельном, происходит примерно следующее. Внутри цилиндра сгорает топливо, образующиеся при этом газы толкают поршень, который через специальный механизм крутит коленвал. Чтобы горение было возможным, в цилиндр подается не только топливо, но и воздух.

В бензиновом двигателе горючее в нужный момент поджигается искрой. А вот в дизеле никаких искр нет — солярка воспламеняется за счет высокой температуры, которая получается при сильном сжатии воздуха в цилиндре. Согласно физическим законам, давление и температура газа — взаимосвязаны.

Упрощенно схему работу дизеля можно описать так. При запуске в цилиндре сжимается воздух, при этом его температура возрастает примерно до 700°C. Далее в цилиндр распыляется дизельное топливо. При такой температуре оно начинает быстро испаряться, после чего его пары воспламеняются. Двигатель начинает работу. Цикл повторяется снова и снова.

В дизельных моторах воздух и горючее подаются в цилиндры раздельно, «по очереди». В бензиновом же необходимо сначала смешать их в определенной пропорции. Кроме того, в бензиновом моторе нужны электрические свечи, которые дают искру, поджигающую смесь бензина с воздухом.

Дизельный двигатель на первый взгляд проще бензинового. Но солярку приходится впрыскивать в цилиндр под очень высоким давлением. Да и сам мотор должен это давление выдерживать, и тут требуются качественные детали и высокое качество сборки.

Почему в дизельных двигателях не используется бензин

Дизельные двигатели работают не на бензине, а на одноименном дизельном топливе, которое часто называют «соляркой». Почему для двух типов двигателей применяется различное топливо? Дело в том, что требования к горючему у бензинового двигателя и дизельного — противоположны.

В первом случае необходима достаточная стойкость к воспламенению, иначе в цилиндрах начнутся «лишние» вспышки, которые приведут к неустойчивой работе движка. Во втором горючее должно воспламеняться легко.

В обычных условиях поджечь бензин факелом легче, чем дизель. Но это связано с более интенсивным выделением у него паров при нагреве. В цилиндрах двигателя быстро испаряются и бензин, и солярка. А вот уже готовые пары солярки воспламеняются быстрее. Поэтому именно солярку нужно использовать в моторах, где горючее поджигается высокой температурой, а не искрой.

👉 Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности

Что будет, если залить в бак неподходящее топливо? Сначала машина заведется как обычно, так как некоторое количество правильного горючего осталось в фильтрах и магистралях системы. Потом, по мере смешивания жидкостей, двигатель будет работать хуже и хуже, упадет мощность, появятся стуки и вибрация. Если неподходящего топлива немного, и оно лишь разбавило правильное, то какое-то время мотор проработает, но после этого потребуется сложный и дорогостоящий ремонт.

Если неподходящего топлива много, то двигатель заглохнет быстро, и тут есть шанс отделаться сменой фильтров и промывкой топливной системы.

Фото: Shutterstock

В отличие от бензина, солярка быстрее начинает застывать и терять текучесть на морозе. «Обычное», летнее дизельное топливо становится вязким уже при –5°C. Поэтому существует зимнее топливо, которое остается жидким дольше: до –35°C, а для холодной местности придумали арктическое топливо (до –50°C). На практике это означает, что осенью в дизельный автомобиль нужно заливать только зимнюю или арктическую солярку, и это еще один повод заправлять дизельные машины лишь на проверенных заправках.

Системы, необходимые для работы дизельного двигателя

Для работы дизельного мотора необходима система, которая обеспечит подачу горючего и воздуха. Рассмотрим их вкратце.

• Топливный бак.
• Топливный насос. Он качает солярку из бака и подает ее в магистраль.
• Топливные фильтры. Очищают горючее от различного мусора.
• Топливный насос высокого давления (ТНВД). Закачивает солярку в цилиндры двигателя, создает большое давление (от нескольких сотен до нескольких тысяч атмосфер).
• Форсунка. Осуществляет распыление горючего в цилиндр.
• Турбокомпрессор. Нагнетает в цилиндры воздух, необходимый для сгорания.
• Воздушный фильтр. Очищает подаваемый в двигатель воздух от пыли.
• Свечи накаливания. Нужны для подогрева холодного двигателя. Без дополнительного подогрева запустить дизель на морозе было бы проблематично. У современных автомобилей свечи при необходимости включаются автоматически после поворота ключа зажигания. Нагрев происходит очень быстро.

Плюсы дизельного двигателя

Из плюсов дизеля с технической точки зрения можно назвать заметно больший — процентов на 15 — КПД. Кроме того, есть и другие достоинства.

• Экономичность. Для многих автолюбителей — это одно из важнейших преимуществ. Дизель может оказаться на 10-20% экономичнее, чем аналогичный бензиновый мотор. Конкретный пример. Рассмотрим два похожих двигателя разных типов, которые ставятся на внедорожник Toyota Land Cruiser Prado. Расход дизеля объемом 2,8 л составляет согласно паспортным данным 7,7 л на 100 км пути (в смешанном цикле). 2,7-литровый бензиновый мотор потребляет уже 9,3 л на 100 км.
• Высокий крутящий момент. Тяга у дизеля намного выше, чем у аналогичного бензинового двигателя. Это связано с более высокой степенью сжатия в цилиндрах, а точнее, меньшим объемом сильно сжатого топлива. При таких условиях энергия при сгорании выделяется сразу из всего вещества, что и увеличивает тягу мотора. Причем достигается высокая тяга практически сразу же, на низких оборотах. Для грузовиков и внедорожников тяга на «низах» вообще может быть жизненно необходима: первым нужно начинать движение с грузом, вторым — ползти по грязи, не срывая колеса в пробуксовку.

Фото: Shutterstock

Минусы дизельного двигателя

Теперь рассмотрим недостатки дизеля.

• Меньший рабочий диапазон. На «низах» дизель тянет лучше, но максимальные обороты у него гораздо ниже. Поэтому там, где бензиновый мотор продолжает раскручиваться, дизель требует перехода на высшую передачу.
• Более высокая стоимость. Обычно дизельные автомобили дороже бензиновых (при сравнимой мощности, комплектации и пр). Это обусловлено другой системой питания и наличием такого дорогостоящего узла как ТНВД. Кроме того, сам мотор из-за высокого давления в цилиндрах требует использования более дорогих деталей. Считается, что разница в цене впоследствии окупится благодаря экономичности дизеля, но для этого потребуется время.
• Требования к топливу. Дизель требует качественное горючее. Особенно в зимнее время.

ТО и ремонт дизельного двигателя

Дизельный двигатель обладает рядом особенностей, которые обуславливают специфические неисправности и нюансы при проведении ТО.

• Замена свечей накаливания. Обычно делается каждые 40-80 тыс. км пробега.
• Обслуживание и ремонт ТНВД. Насос высокого давления и даже его ремонт может стоить дорого. В бензиновых машинах отсутствует в принципе.
• Обслуживание и ремонт компрессора. Далеко не все бензиновые автомобили имеют компрессор, повышающий давление подаваемого в цилиндры воздуха. А вот для дизельных он необходим почти всегда.
• Более частая замена масла и фильтров в двигателе. 

Учитывая более высокую стоимость ремонта дизеля, при выборе поддержанного автомобиля с таким двигателем следует обратить внимание на следующие признаки. Они могут указывать на необходимость выполнения капитального ремонта мотора.

• Плавающие обороты на холостом ходе.
• Снижение мощности двигателя.
• Повышенный расход топлива.
• Повышенный расход масла.
• Дымление (черный дым из выхлопной трубы).

👉 На воздухе и отходах: чем придется заправлять машины в будущем

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный  воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного  двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200.  После этого рабочий цикл дизеля повторяется.
В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.
К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Работа дизельного двигателя, подробнее

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Ранняя история дизельного двигателя

Abstract : Дизельный двигатель, изобретенный в конце 19 ^го века доктором Рудольфом Дизелем, является наиболее энергоэффективной силовой установкой среди всех известных сегодня типов двигателей внутреннего сгорания. Такой высокий КПД обеспечивает хорошую экономию топлива и низкий уровень выбросов парниковых газов. Другие характеристики дизеля, которые не были сравнимы с конкурирующими машинами для преобразования энергии, включают долговечность, надежность и топливную безопасность. К недостаткам дизелей относятся шум, низкая удельная выходная мощность, выбросы NOx и твердых частиц, а также высокая стоимость.

• Что такое дизельный двигатель?
• Типы дизельных двигателей
• Эффективность и выбросы парниковых газов
• Характеристики дизельных двигателей

В большинстве современных дизельных двигателей используется обычное расположение цилиндров и поршней, приводимое в действие кривошипно-шатунным механизмом, характерным для других двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель. Учитывая этот базовый механизм, между базовой структурой дизельных и бензиновых двигателей очень мало различий.

Концептуально дизельные двигатели работают, сжимая воздух до высокого давления/температуры, а затем впрыскивая небольшое количество топлива в этот горячий сжатый воздух. Высокая температура вызывает испарение небольшого количества сильно распыленного впрыскиваемого топлива. Смешиваясь с горячим окружающим воздухом в камере сгорания, испаряющееся топливо достигает температуры самовоспламенения и сгорает, высвобождая энергию, запасенную в этом топливе [391] .

Определение дизельного двигателя развивалось с годами. Например, в начале 20 ^-го -го века было проведено различие между «настоящим дизельным двигателем» и двигателем, который разделял некоторые аспекты дизельного цикла, но не охватывал все аспекты, считавшиеся частью дизельного цикла, как это предполагалось. Одним из первых определений «настоящего дизельного двигателя» является наличие следующих характеристик [2959] :

1. Сжатие, достаточное для создания температуры, необходимой для самовозгорания топлива.
2. Впрыск топлива струей сжатого воздуха.
3. Максимальное давление цикла (достигаемое при сгорании), не превышающее значительно давление сжатия, т. е. отсутствие выраженного взрывного эффекта.

В то время как первый пункт вышеперечисленных характеристик соответствует современному дизельному двигателю, последние два — нет. В течение 1920-х и 1930-х годов две другие характеристики утратили свое значение.

Впрыск топлива на твердом топливе начал появляться примерно в 1910 году, но только в конце 19 века.20-х годов, что он начал быстро получать признание. Интересно отметить, что сам Дизель выбрал впрыск воздушной струи скорее по необходимости, чем по собственному желанию. Дизель предусмотрел топливную систему с твердым впрыском, а не систему воздушного дутья.

Дизель довольно строго придерживался режима сгорания при постоянном давлении, пункт 3. Однако это было возможно только в больших относительно тихоходных дизельных двигателях, которые были распространены до 1920-х годов. В небольших высокоскоростных двигателях, появившихся в 19 в.20-х годов практические соображения означали, что сгорание было ближе к процессу постоянного объема, как в цикле Отто, а не к постоянному давлению, как в цикле Дизеля.

Краткий обзор ранней истории дизельного двигателя обсуждается в другом месте.

###

Как это работает: Дизельный двигатель: 4-тактный цикл

Понимание того, как работает ваш дизельный двигатель, является ключом к тому, чтобы знать, как ухаживать за ним и чинить его, когда он выходит из строя. В первой части этой серии мы рассмотрим 4-тактный цикл 9.0063

Как это работает: Дизельный двигатель: 4-тактный цикл

Дизельный двигатель не имеет системы зажигания и свечей зажигания.

Дизельное топливо воспламеняется при температуре около 320°С. Так что же воспламеняет топливо и позволяет двигателю работать?

Когда воздух сжимается, его внутренняя энергия увеличивается, а, следовательно, и температура.

При условии, что воздух сжимается достаточно быстро, так что у тепла остается мало времени для выхода в окружающую среду, воздух в цилиндре дизельного двигателя может нагреваться до температуры выше температуры воспламенения топлива только за счет сжатия.

Если затем впрыскивать дизельное топливо в горячий воздух, смесь воспламеняется с выделением энергии. Это известно как воспламенение от сжатия.

Продолжение ниже…

Представим слона, прыгающего с высоты на мешок с прохладным воздухом. И давайте представим, что в то же самое время лучник выпускает стрелу, полную дизельного топлива, нацеленную на мешок с воздухом точно в то же время, что и слон.

Поскольку мешок с воздухом очень быстро сжимается при прибытии слона, стрела с точно правильным количеством топлива прибывает и проникает в мешок с уже очень горячим воздухом.

Есть только один неизбежный исход: слон получает бесплатную поездку!

Очень упрощенно, я знаю, но базовый дизельный двигатель так же прост.

Если воздух очень быстро нагревается выше температуры сгорания топлива И если в этот горячий воздух впрыскивается правильное количество топлива в нужное время, двигатель будет работать.

Электричество не требуется, за исключением достаточно быстрого проворачивания двигателя для запуска, что можно сделать вручную на небольшом двигателе.

Для настоящего двигателя, установленного на лодке, нет слона, и нам нужно подавать воздух в двигатель, выпускать выхлопные газы и заливать топливо в нужное время.

Ниже показан четырехтактный цикл. Почти каждый мотор для небольших лодок работает по этому принципу.

Кредит: Fernhurst

На этих рисунках поршень заменяет слона, мы используем клапаны в головке блока цилиндров (в верхней части двигателя), чтобы впустить воздух и выпустить выхлопные газы.

Топливо впрыскивается через зеленый компонент, называемый топливной форсункой. Поршень движется вверх и вниз, но мы хотим, чтобы вал вращался для привода нашего пропеллера.

Это движение вверх и вниз преобразуется шатуном и коленчатым валом, при этом шатун находится под поршнем, а коленчатый вал — под ним.

Это устройство немного похоже на автомобильные стеклоочистители; они ездят из стороны в сторону, но приводятся в движение двигателем.

В двигателе поршни движутся вверх и вниз, приводя в движение вал.

Новое издание Diesels Afloat (Fernhurst, 18,99 фунтов стерлингов) доступно на сайте www. fernhurstbooks.com. Он следует учебной программе курса 1 по дизельным двигателям RYA и двигателям, одобренным MCA.

купить дизели на плаву у Amazon (Великобритания)

купить дизели на плаву у Amazon (US)

Купить дизели Afloat Offerston Купить Diesel Afloat в Google Play

Примечание. Мы можем получать комиссию, когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, без каких-либо дополнительных затрат для вас. Это не влияет на нашу редакционную независимость.

Подписка на журнал Yachting Monthly стоит примерно на 40% меньше, чем цена покрытия .

Печатные и цифровые издания доступны через Magazines Direct, где вы также можете найти последние предложения .

YM наполнен информацией, которая поможет вам получить максимальную отдачу от вашего времени на воде.