Когда вы слышите слово «дизель», какие сразу возникают ассоциации? Не ошибемся, если скажем, что у большинства — чадящий выхлопными газами КамАЗ, за рулем которого — водитель в телогрейке.
А если на улице еще и мороз, то у мужика в руках обязательно паяльная лампа, которой он пытается отогреть бак грузовика. Образ, конечно, прочно засел в сознании. И чтобы он исчез, нужно время. Тем более с каждым днем на наших дорогах ездит все больше и больше красивых и модерновых дизельных авто. Но чтобы окончательно развеять миф, давайте посмотрим, как устроено дизельное «сердце» и какие особенности конструкции оно имеет.Прежде немного о преимуществах дизельного «сердца». Такой мотор более экономичен, он обладает высоким крутящим моментом, причем это относится ко всему диапазону оборотов. Это становится особенно актуальным при работе на низких оборотах. Кроме того, КПД такого двигателя больше, чем у бензинового агрегата. Все эти особенности дизеля прекрасно понимают производители автомобилей, зная, что такой силовой агрегат идеально подходит для внедорожного автомобиля, которое должно работать в непростых и тяжелых условиях. Неудивительно, что в линейке джипов, производимых любой компанией, обязательно есть и дизельные модификации. И это, как правило, не одна модель.
Фото принципа работы дизельного двигателя
Дизельные моторы в конце 90-х обрели второе дыхание. И это произошло за счет того, что они были значительно усовершенствованы. Например, в систему топливоподачи и управления мотора было внедрено электронное управление. Поэтому современные дизельные агрегаты вплотную подошли к своим собратьям, работающим на бензине. А по некоторым параметрам, например, надежности экономичности, они их даже превосходят.
Может показаться, что конструктивно двигатели бензиновые и моторы дизельные неотличны. Мы видим одинаковые цилиндры, поршни шатуны. Но отличие все же есть. И это принципиальное отличие. Разница в том, как формируются топливо-воздушные смеси, как происходит их воспламенение, а затем сгорание. В бензиновом агрегате во впускной системе вначале формируется смесь. После этого она подается в цилиндр, где сразу возгорается от свечной искры. Работа дизеля отличается — воздух и топливо подаются независимо друг от друга, – т.е. отдельно. Сначала подается чистый воздух в цилиндр, и он сжимается. Во время сжатия происходит нагревание до 700-800 градусов по С... Потом форсунки под давлением подают в камеру топливо, и оно сражу же воспламеняется.Самовозгорание получается за счет давления в цилиндре, которое возрастает. Вот поэтому дизельный агрегат более шумный и жесткий при своей работе. Но в этом есть и свой плюс — можно применять более дешевое, по сравнению с бензином, топливо, и это дает экономию. Тем более сегодня в современных дизельных авто проблемы с лишним шумом, как и трудности во время холодного пуска, почти устранены.
Силовые агрегаты дизельного типа разделяются по видам. Главное различие — особенности констукций камер сгорания. Существуют моторы с неразделенной камерой сгорания. Их еще называют агрегатами с непосредственным впрыском. В них топливо подается в пространство над поршнем; в поршне же расположена камера сгорания. Сегодня такие двигатели значительно модернизированы за счет появления топливных насосов высокого давления, а также за счет того, что появился впрыск топлива с двумя ступенями, и электронное управления всеми процессами, — например, оптимизацией сгорания топлива. Теперь усовершенствованные моторы с непосредственным впрыском стали более уверенно работать при 4500 оборотах в минуту, уменьшился их шум, возросла экономичность, они стали меньше вибрировать.
Второй тип дизельный моторов — т.н. вихрекамерные. Чаще всего встречаются на легковушках. В чем главная особенность таких дизелей? Они имеют разделенную камеру сгорания. Т.е. топливо подается иначе — в дополнительную камеру, а не прямо в цилиндр. Чаще всего такая камера находится в головке блока цилиндров. Оказавшись в камере, воздух закручивается интенсивнее — отсюда и название — «вихревая». Это приводит к тому, что дизтопливо лучше самовозгорается. Цилиндр и камера соединяются каналом.
И, наконец, третий тип моторов — предкамерные дизеля. Они наименее распространены, и их главное отличие — специальная форкамера, которая соединена с каждым из цилиндров через несколько небольших каналов. Эта конструкция мотора дает более высокий ресурс, токсичность и шум двигателя снижаются.
Мы с вами выяснили, что топливная система дизельного двигателя — главное отличие его конструкции. От топливоподачи зависит и надежность работы, и экономическая эффективность. Задача системы — подавать строго дозированное топливо. Причем это нужно делать в заданное время с заранее определенным давлением. Именно поэтому система топливоподачи в дизеле — дорогая система. Состоит из трех важных компонентов: топливного насоса высокого давления (ТНВД), топливного фильтра и форсунок.Начнем с ТНВД. В таком насосе совмещены функции автоматического управления двигателем и основного исполнительного механизма, который реагирует на команду шофера. Нажимая на педаль газа, водитель не увеличивает топливоподачу, изменяя только работу регуляторов. Вот они-то и изменят топливную подачу так, как необходимо: в соответствии с оборотами двигателя, давлением воздуха и положением регулирующего рычага. Современные ТНВД, которые сегодня ставят на внедорожники, обычно бывают двух категорий: распределительные и рядные многоплунжерные. Последние редко используются, хотя конструктивно более надежны.
Форсунка дизельного двигателя — немаловажный элемент в дизеле — в его топливной системе. Работая в «паре» с насосом, именно форсунка подает дозированные порции топлива в камеру сгорания. При открытии форсунки можно регулировать давление, и тогда в системе будет изменяться рабочее давление. Немаловажен тип распылителя — от него будет зависитеть принимаемая факелом топлива форма. Что влияет на воспламенение и последующее сгорание. Как правило, форсунки бывают двух видов — с многодырчатым распределителем, а также с шрифтовым.
Этот элемент довольно прост, тем не менее, фильтр — самый главный элемент в дизельном моторе. Причем для каждого конкретного типа двигателя он должен подходить и по параметрам, и по характеристикам: по пропускной способности, по тонкости фильтрации. Одна из задач фильтра — отделять и удалять воду. Для этого существует нижняя сливная пробка. Зачастую вверху фильтра, прямо на корпусе, ставится насос для подкачки вручную, которым можно из системы откачать ненужный воздух. Реже на фильтр ставится электроподогрев, который упрощает запуск дизельного мотора. Его задача — предотвратить попадание в фильтр парафинов, образующихся при минусовых температурах от кристаллизации дизтоплива.
С помощью турбонаддува можно значительно повысить мощность и эффективность дизельного мотора. За счет этой опции в цилиндры нагнетается больше воздуха, поэтому в рабочем цикле возрастает топливоподача. Как следствие возрастает и мощность дизеля. В дизельном моторе выхлопные газы выходят с давлением в 1,5-2 раза большим, чем в бензиновом.Благодаря этому турбина может прямо с низких оборотов нагнетать в цилиндр больше воздуха, избежав т.н. «турбоям», которые характерны для бензиновых турбодвигателей. Еще один плюс — в дизельном агрегате нет дроссельной заслонки, и это дает возможность максимально наполнить воздухом цилиндры без того, чтобы использовать сложную систему, которая управляет турбиной. Нередко на двигатели ставят интеркуллер — систему, которая охлаждает наддуваемый воздух на промежуточном этапе. В итоге цилиндры наполняются воздухом еще больше, и мощность возрастает дополнительно на 15-20%.
Источник
v8tmax.ru
Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.
Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки - ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре - отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше - при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.
К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.
Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания - их называю дизелями с непосредственным впрыском - топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.
Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию.
Наиболее распространенным является другой тип дизеля - с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.
При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).
Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. Ее функция - подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.
Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.
ТНВД - топливный насос высокого давления.ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.
Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.
ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Форсунки дизеля.| Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем. |
Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.
Топливные фильтры дизеля.Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.
Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.
Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы - свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.
Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.
Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала - "турбоямы".
Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.
Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.
В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора.
avto-partner.net
Рассмотрим устройство дизельного двигателя и некоторые отличия от бензиновых ДВС.
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:
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.
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.
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
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.
tbf.su
Первое, что вспоминается приупоминании дизельного двигателя – испачканный мазутом и сажей старый огромныйгрузовик, который изрыгает из глушителя огромные клубы черного смога. Ксчастью, техника стремительно развивается и ужасно шумящие и загрязняющиеатмосферу агрегаты уходят в прошлое, на смену которым приходят новые дизельныедвигатели, аккуратно спрятанные под капотом солидных седанов, пикапов,внедорожников и прочих разновидностей транспортных средств.
Естественно, что дизельныемоторы привлекают внимание производителей внедорожников, так как подобныедвигатели обладают высоким крутящим моментом, весьма экономичны, а самодизельное топливо широкодоступно. Таким образом, неудивительно, что наряду смоделями на бензиновом двигателе производятся модификации с дизельнымиагрегатами, данной концепции придерживаются практически все производителивнедорожников. К слову сказать, порой компания предлагает покупателям на выбор целыйряд дизельных модификаций той или иной модели внедорожника.
Конец прошлого столетияознаменовался расцветом дизельных двигателей, который в значительной степениотличались от предшественников. Так, новые агрегаты оснащались электроннымуправлением, как самого мотора, так и системы подачи топлива. В настоящее времяконструкция двигателя значительно усовершенствована и по многим параметрам неуступает бензиновым аналогам. Выигрывая в надежности и экономичности, дизельныймотор не уступает бензиновому по мощности и уровню шума.
В целом, конструкция дизельногомотора мало чем отличается от бензинового аналога, присутствуют все те жедетали – шатуны, цилиндры, поршни. Однако, клапаны и многие другие детализначительно усилены, так как данные части испытывают значительно большиенагрузки, чем в бензиновом агрегате. В итоге, размеры и вес дизельного мотора существеннобольше, чем у бензинового аналога. Отличие заключается в созданиивоздушно-топливной смеси, а также в сгорании и методе воспламенения топлива.
Так, в бензиновом моторе смесьгаза и горючего формируется в выпускной системе, а воспламенение осуществляетсяв цилиндре, за счет искры от свечи зажигания. Подача топлива и воздуха вдизельном агрегате осуществляется раздельно. Таким образом, в цилиндр в первуюочередь подается воздух, который в результате сжатия разогревается до 700-800градусов по Цельсию. Затем, в камеру сгорания под большим давлением, до 10-30МПа, через форсунки подается топливо, которое под действием высокой температурывоспламеняется.
Самовоспламенение смеси приводитк резкому повышению давления, что внешне проявляется жесткостью работы ивысоким уровнем шума. Именно данная конструктивная особенность позволяетприменять более дешевое дизельное топливо, бедное горючими смесями, что в своюочередь определяет высокую экономичность агрегата. Если затрагивать вопросэкологической чистоты, то, несомненно, дизельный мотор выигрывает у бензиновогодвигателя, так как низкое содержание горючих смесей в топливе способствуетболее низкому выбросу окиси углерода и других вредных веществ. При сгораниибензина, уровень вредных веществ выбрасываемых в атмосферу значительно выше.
Основными недостатками дизельныхагрегатов являются высокая вибрация и уровень шума, трудный запуск при низкихтемпературах, а также малую литровую мощность. Однако, подобные недостатки восновном встречаются в старых моделях, современные модели почти избавлены отподобных проблем, благодаря усовершенствованию конструкции и применения инновационныхрешений.
Нужно заметить, что различаютнесколько типов дизельных моторов, подобная классификация основывается наконструктивной особенности камеры сгорания. Так, различают агрегаты снепосредственным впрыском, данные двигатели имеют неразделенную камеру. Вданной конструкции камера сгорания находится непосредственно в самом поршне, агорючие подается в надпоршневое пространство.
Еще несколько десятилетий назадподобная система сгорания использовалась в низкооборотных агрегатах, с большимрабочим объемом, что было связано с техническими затруднениями в организациипроцесса сгорания, что в итоге приводило к высокой вибрации и повышенномууровню шума. Однако, с развитием технологий и массового внедрения ТНДВ —топливных насосов высокого давления с электронной системой управления, а такжеоптимизацией сгорания, двухступенчатого впрыска и других нововведений,инженерам удалось добиться стабильного функционирования двигателя снеразделенной камерой на оборотах до 4500 об/мин. Также удалось снизить уровеньшума, вибрации и повысить экономичность двигателя.
На легковых автомобилях восновном использую другой тип дизельного двигателя, который отличается отпредыдущего тем, что камера сгорания раздельная. В данной конструкции топливовпрыскивается не в цилиндр, а в специальную дополнительную камеру. Чаще всегоиспользуется вихревая камера, которая располагается в головной части блокацилиндров и соединяется с последним специальным каналом. Таким образом, сжатыйв цилиндре воздух попадает в вихревую камеру, образуя вихревые потоки, врезультате чего значительно облегчается процесс образования смеси ивоспламенения. В итоге, самовоспламенение смеси начинается непосредственно ввихревой камере, а затем распространяется на основную камеру сгорания. Даннаяконструктивная особенность позволяет снизить интенсивность нарастания давленияв самом цилиндре, что в конечном итоге приводит к снижению вибрации, шума иувеличению максимальных оборотов. Нужно заметить, что практически 90% всехдизельных двигателей устанавливаемых на внедорожники и легковые автомобилиотносятся к данному типу.
Существует ещё один типдизельных агрегатов получившие меньшее распространение, чем предыдущиеварианты. Предкамерные моторы оснащены специальной вставной форкамерой, котораясообщается с цилиндрами несколькими каналами. Особое внимание следует уделитьсвязующим каналам, которые имеют специальную форму и диаметр, благодаря которымвозникает перепад давления между форкамерой и цилиндром. Именно перепаддавления способствует течению газов с высокой скоростью. Данная конструктивнаяособенность позволяет увеличить ресурс двигателя, снизить уровень токсичности ишума и улучшает показатели крутящего момента.
Нужно заметить, что одной изсамых важных систем дизельного двигателя, которая определяет эффективность инадежность агрегата, является система подачи топлива. Из названия очевидна, чтоосновная функция системы топливоподачи является дозированная подача топлива сопределенным давлением и в определенный момент. Из-за задач, которые должнавыполнять система топливоподачи — строго дозированная подача топлива и высокоедавление горючего, конструкция самой системы весьма сложная, и достаточнодорогая. Основными элементами системы являются топливный фильтр, форсунки иТНВД (топливный насос высокого давления).
Основной функцией ТНВД являетсяподача горючего к форсункам согласно одной из программ, которые зависят отрежима работы мотора. В настоящее время, всережимный ТНВД осуществляет целыйкомплекс сложных функций управления двигателем. Так, при нажатии на педальгаза, в цилиндр не поступает большее количество топлива, данное приводит ксмене режима работы системы, которая автоматически определяет подачу горючего взависимости от множества факторов (давление наддува, число оборотов, положениерегулятора и т.д.). В настоящее время двигатели внедорожников оснащены двумятипами ТНВД — распределительного типа и рядные многоплунжерные. Второй тип, несмотря на высокую надежность, применяется гораздо реже первого.
Большее распространение получилитопливные насосы распределительного типа. В данных ТНВД механизм нагнетания имеетединичный плунжер-распределитель, который совершает вращательные движения для распределениягорючего по форсункам и поступательные для нагнетания дизельного топлива. Подобныенасосы в основном применяются на легковых автомобилях. Подобные насосы ТНВДотличаются компактностью, прекрасной работой двигателя на высоких оборотах,равномерным распределением топлива и надежной работой. Но не стоит забывать,что подобные насосы предъявляют высокие требования к качеству топлива и чистотесамого двигателя, так как практически все детали смазываются используемымтопливом.
С конца прошлого века активнымитемпами стала применяться электронная система контроля и управления мотором,которая позволила в значительной степени оптимизировать подачу горючего во всехдоступных режимах. В итоге, благодаря новой системе управления удалось понизитьуровень шума и вредных выбросов, а также значительно возросла экономичностьдвигателя. Точных электронные схемы управления, которые стали применятьсяпрактически на всех типах дизельных двигателей, вытеснили сложные и недолговечные механические регуляторы, что в свою очередь повысило срок службыагрегата. Что касается системы нагнетания, до данная конструкция осталасьпрактически без изменений.
Форсунки предназначены длянепосредственной подачи определенного количества горючего в камеру сгорания.Естественно, что к столь важной детали предъявляется большие требования, таккак от типа распыления горючего зависит, какой формы будет образоваться факелпри сгорании топлива, а регулировка давления непосредственно влияет на рабочеедавление в системе топливоподачи. В настоящее время в основном используютфорсунки следующих типов: с многодырчатым и шрифтовым распределителем.
Форсунки работают в крайнежестких условиях, так распылитель постоянно контактирует с камерой сгорания, аигла распылителя находится в возвратно-поступательном движении на протяжениивсего периода работы двигателя, причем данные движения имеют более низкуючастоту, чем обороты мотора. Поэтому форсунки производятся с высокой точностьюиз жаропрочных материалов.
Топливный фильтр также являетсяодной из важнейших деталей дизельного двигателя, не смотря на достаточнопростую конструкцию. Нужно заметить, что технические характеристики фильтра(пропускная способность, тонкость и т.д.) должны соответствовать тому типу двигателя,на который устанавливается данная деталь. Одна из функций фильтра заключается вотделении воды из топлива, а для устранения лишней жидкости используетсясливная пробка, которая, как правило, располагается на нижней стороне детали. Вверхней части детали располагается насос с ручной подкачкой, который служит дляустранения воздуха из системы подачи топлива. Нередко агрегаты оснащаютсяэлектрической системой подогрева фильтра, что позволяет облегчить запуск моторав условиях низкой температуры, а также предотвращает засорение детали парафинами,которые образуются в топливе в зимнее время.
Чтобы обеспечить холодный пускиспользуется специальная система предпускового подогрева. Данная системавключает в себя нагревательные элементы, расположенные в камере сгорания –свечи накаливания, которые при подаче напряжения разогреваются до 800-900градусов по Цельсию, что в свою очередь приводит к обогреву воздуха испособствуют самовоспламенению. Как правило, о запуске подогрева сигнализируетспециальный индикатор на приборной панели. Если индикаторная лампа погасла, тоэто означает, что двигатель готов к запуску. Однако, питание с нагревательныхэлементов снимается лишь через 15-25 секунд, после того, как двигатель начнетстабильно работать.
Турбонаддув используется дляподачи дополнительного количества воздуха в цилиндр, что в свою очередьувеличивает подачу топлива. Естественно, что данные условия приводят кзначительному повышению мощности двигателя. Нужно отметить, что у дизельныхагрегатов давления выхлопных газов в среднем на 1,5-2 раза выше, чем удвигателей, работающих на бензине, данное обстоятельство позволяет обеспечиватьтурбонаддув даже на малых оборотах. В свою очередь, отсутствие такой детали какдроссельная заслонка способствует эффективному наполнению цилиндра воздуха налюбых оборотах, причем, не прибегая к каким-либо сложным системам управлениякомпрессором.
Однако, турбонаддув способствуетне только повышению мощности, так на внедорожниках данная система позволяетнагнетать достаточное количество воздуха, в условиях с низким атмосфернымдавлением. Также турбонаддув способствует полному сгоранию топлива,предотвращает потерю мощности и снижает жесткость работы двигателя. Но стоитпомнить, что срок службы турбокомпрессора обычно достигает 150000 км, ипредъявляются жесткие требования к качеству используемого моторного масла.
В большинстве дизельныхагрегатах каждая секция топливного насоса нагнетает горючие в топливопровод,индивидуальный для каждой форсунки. Однако, в процессе работы, помимо основнойпорции горючего в камеру сгорания «подкачивается» небольшое количество, таксказать, лишнего топлива, сгорание которого в свою очередь проявляетсязагрязнением выхлопных газов и излишним расходом топлива.
Благодаря работе инженеров,указанная выше проблема была решена введением топливной рампы, которая служитсвоего рода ресивером. Особенность заключается в том, что в рампе топливонаходится под постоянным давлением в 1300 атмосфер, а не в пульсирующем.
Изменения были внесены и вфорсунки, так открытие стало осуществляться электронным путем, а негидромеханическим, как на старых типах двигателей. Таким образом, специальныедатчики подает информацию бортовому компьютеру о положении педали «газа», температурномрежиме агрегата, давлении в рампе и прочие технические данные. На основеполученных данных компьютер вычисляет необходимый объем топлива, который долженбыть подан в камеру сгорания.
Таким образом, система«Common-Rail» исключает впрыскивание излишнего количества горючего, что вконечном итоге приводит к экономии горючего, в среднем до 20%, в то же времякрутящий момент, особенно на малых оборотах возрастает на 25%. Естественно, чтоснижается и количество вредных веществ, сажи и копоти в выхлопных газах.
rusauto.net
Рис. 1.Дизельный двигатель
Дизели состоят из большого количества различных устройств, выполняющих в процессе их эксплуатации определенные функции. Остов дизеля образуют фундаментная рама 6 (рис. 1), станина и цилиндры 3, закрытые сверху крышками 5. У судовых дизелей станина и цилиндры чаще всего выполнены в виде общей отливки, называемой блок-картером.
Внутри цилиндра передвигается поршень 4, шарнирно связанный с шатуном 2, нижняя часть которого шарнирно соединена с коленчатым валом 1. Поршень, шатун и коленчатый вал образуют кривошипно-шатунный механизм, преобразующий поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками, а расстояние, проходимое поршнем при его движении от одной мертвой точки до другой,— ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.
Кроме перечисленных основных деталей остова, поршней, шатунов и коленчатого вала, дизель имеет еще целый комплекс механизмов, узлов, аппаратов и приборов, обеспечивающих его работу, называемых системами. Заполнение цилиндров воздухом (свежим зарядом) и очистку их в нужный момент от продуктов сгорания топлива осуществляет, например, система газораспределения. Очистку, хранение и подачу топлива в цилиндры выполняют устройства топливной системы. Непрерывное смазывание трущихся деталей дизеля обеспечивает смазочная система. При работе дизеля цилиндры и их крышки, поршни, выпускной коллектор и другие детали интенсивно нагреваются. Для отвода теплоты от этих деталей дизеля используется система охлаждения. С помощью системы регулирования автоматически поддерживается с определенной точностью заданная частота вращения коленчатого вала. В процессе эксплуатации судна возникает необходимость в изменении частоты вращения коленчатого вала, а также в пуске, реверсировании (обеспечении хода судна вперед или назад) и остановке дизеля. Эти операции выполняет система управления. Нормальная и безаварийная работа дизеля контролируется с помощью системы предупредительноаварийной сигнализации и защиты.
Кроме перечисленных групп деталей, механизмов и систем, в конструкции дизелей могут быть и другие устройства, например средства приготовления и хранения сжатого воздуха, утилизации (использования теплоты выпускных газов), нейтрализации (обезвреживания) выпускных газов и т. п.
Четырехтактные дизели. При работе двигателя в его цилиндрах происходят термодинамические процессы впуска (наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха), сжатия заряда, воспламенения и сгорания топлива, расширения газообразных продуктов сгорания топлива и выпуска их из цилиндров. Названные процессы в определенной последовательности периодически повторяются в каждом цилиндре двигателя. В комплексе все эти процессы, обеспечивающие преобразование химической энергии топлива в тепловую и механическую, называют циклом, а часть цикла, осуществляемую в цилиндре за один ход поршня,— тактом. Цикл у поршневых двигателей внутреннего сгорания может совершаться за четыре или два хода поршня (два или один оборот кривошипа). Поэтому двигатели называют соответственно четырех- или двухтактными.
Рассмотрим принцип действия четырехтактного дизеля. Предположим, что поршень 6 (рис. 2, а) при вращении коленчатого вала 8 через шатун 7 перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Впускной клапан 2 системой газораспределения открыт, а выпускной клапан 4 закрыт. По мере движения поршня вниз объем над ним увеличивается, а давление падает. И когда оно становится ниже атмосферного (менее 0,1 МПа), в пространство между крышкой 1, стенками цилиндра 5 и поршнем 6 поступает воздух. Осуществляется такт впуска (наполнения) цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим Vs, а объем над поршнем, когда последний находится в НМТ,— полным объемом цилиндра Va
Чем больше воздуха будет в цилиндрах дизеля, тем больше можно сжечь в них топлива и, следовательно, получить большую мощность. Всасывание воздуха из атмосферы не может начаться сразу же с началом движения поршня от ВМТ, так как давление остаточных газов в цилиндре в первый момент выше атмосферного. Поэтому для увеличения массы воздуха в цилиндре дизеля впускные клапаны открываются несколько раньше (до прихода поршня в ВМТ), когда кривошип (колено) вала 8 не доходит до ВМТ на угол F1 О том, как протекает рабочий цикл в цилиндрах дизеля, можно судить по индикаторной диаграмме (замкнутой кривой), которую получают во время работы дизеля с помощью специального прибора (индикатора).
Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля
По вертикальной оси диаграммы можно определить давление газов р в зависимости от их объема V, т. е. положения поршня в цилиндре. Изменение давления в период впуска воздуха на индикаторной диаграмме изображено линией ram. Давление при впуске воздуха в цилиндры остается практически постоянным. Когда поршень придет в НМТ, всасывание воздуха не прекратится и даже продолжается при движении поршня вверх, пока давление в цилиндре не станет выше атмосферного. Процесс впуска завершается по диаграмме в точке m, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх, а кривошип коленчатого вала повернется от НМТ на угол <F2. Последовательность открытия и закрытия клапанов показана на круговой диаграмме распределения. Моменты открытия и закрытия их называют фазами газораспределения. Значения углов опережения открытия клапанов и запаздывания их закрытия устанавливают в каждом конкретном случае при заводских испытаниях дизелей.
В момент закрытия впускного клапана поршень, двигаясь к ВМТ (рис. 2, б), будет сжимать поступивший в цилиндр воздух. Процесс сжатия, сопровождаемый повышением давления и температуры воздуха, показан на индикаторной диаграмме линией mс. Температура воздуха в конце сжатия должна находиться в пределах, достаточных для самовоспламенения топлива. Обычно избыточное давление воздуха в конце сжатия достигает 3—10 МПа, а температура 580—800 °С. С приходом поршня в ВМТ объем над ним уменьшается до Vс — объема камеры сжатия. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия Va/Vc называют степенью сжатия г. Оно показывает, во сколько раз уменьшается объем газов в цилиндре за ход сжатия. У дизелей е колеблется от 12 до 18.
Так как топливо самовоспламеняется не сразу в момент впрыскивания, оно подается в цилиндр через форсунку 3 (рис. 2, в) в конце такта сжатия (до прихода поршня в ВМТ). На индикаторной диаграмме момент подачи топлива соответствует точке c1. Кривошип коленчатого вала в этом случае не доходит до ВМТ на угол фз, называемый углом опережения подачи топлива. При сгорании топлива избыточное давление и температура газов в цилиндрах дизеля (в точке z по диаграмме) возрастают соответственно до 6—15 МПа и 1400—1900 °С. Поршень под давлением газов смещается вниз к НМТ, поворачивая через шатун коленчатый вал.
Объем рабочего газа увеличивается, а давление его понижается. Происходит процесс расширения продуктов сгорания топлива. По индикаторной диаграмме он заканчивается в точке Ь до прихода поршня в НМТ. Так как газ при расширении совершает полезную работу, этот ход поршня называют рабочим.
До прихода поршня в НМТ (в конце рабочего хода) открывается выпускной клапан 4 (рис. 2, г), и продукты сгорания топлива вытесняются из цилиндра в выпускной коллектор. Чем большая масса газов будет удалена из цилиндра, тем, следовательно, при последующем такте впуска в него больше поступит воздуха. Поэтому процесс выпуска (линия bn) начинается с опережением на угол ф4 и заканчивается с опозданием на угол ф5. С запаздыванием закрытия выпускного клапана продукты сгорания топлива даже при движении поршня вниз еще некоторое время, вследствие большой скорости истечения, вытесняются в выпускной коллектор по инер
ции. Избыточное давление газов в начале выпуска (в точке b по индикаторной диаграмме) составляет 0,3—1,0 МПа, а температура 800—1050 °С. В период выпуска давление и температура газов понижаются соответственно до 0,11—0,25 МПа и 450—650 °С. Затем цикл повторяется. Как видно из рассмотренной схемы работы, в конце такта выпуска и начале такта впуска цилиндры четырехтактного дизеля при открытых впускных и выпускных клапанах некоторое время сообщаются как с впускным, так и выпускным коллектором. За этот период происходит продувка (принудительная вентиляция) камеры сгорания свежим зарядом воздуха. Продолжительность одновременного открытия клапанов должна быть достаточной для завершения очистки цилиндра от продуктов сгорания топлива при условии восстановления потерь свежего заряда воздуха, уходящего с выпускными газами в период вентиляции камеры сгорания.
Двухтактные дизели. У четырехтактных дизелей рабочий цикл осуществляется за четыре такта (два оборота коленчатого вала), причем только один ход поршня является рабочим, а остальные три совершаются в результате работы расширения продуктов сгорания топлива. В двухтактных дизелях рабочий цикл совершается за два такта (один оборот коленчатого вала). Такие дизели в простейшем варианте не имеют впускных и выпускных клапанов в крышках 3 (рис. 3, а). Воздух в цилиндры 2 двухтактных дизелей нагнетает продувочный насос. Окна 6 поэтому называют продувочными. Газы выпускаются из цилиндров через окна а.
Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных дизелях осуществляются так же, как и в четырехтактных. Предположим, что поршень 5 движется вверх, как показано на рис. 3, а. В конце хода поршня через форсунку 4 в цилиндр 2 дизеля впрыскивается топливо. Смесь топлива с воздухом самовоспламеняется, и образовавшиеся при его сгорании газы, расширяясь, перемещают поршень 5 вниз. В момент открытия поршнем выпускных окон а газы выходят в выпускной коллектор 1 и давление в цилиндре 2 падает. Процесс выпуска газов продолжается до тех пор, пока поршень 5 при движении к НМТ не откроет продувочные окна б (рис. 3, б). С этого момента в цилиндре будут происходить одновременно два процесса: выпуск продуктов сгорания топлива и впуск воздуха (продувка цилиндров). Так как расширение газов является в данном такте основным процессом при движении поршня от ВМТ к НМТ, его называют рабочим ходом. Работа расширения газов при помощи шатуна 6 передается кривошипу 7.
При движении поршня вверх от НМТ к ВМТ процесс продувки цилиндра осуществляется до тех пор, пока поршень верхней кромкой не закроет продувочные окна. После продувочных перекрываются выпускные окна и происходит сжатие заряда, т. е. свежего воздуха и оставшихся в цилиндре продуктов сгорания топлива. Процесс сжатия является основным при движении поршня от НМТ к ВМТ, поэтому и такт называют тактом сжатия. С приближением поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку 4 впрыскивается топливо и цикл повторяется.
Сравнительная характеристика четырех- и двухтактных дизелей. Сравнение рабочих циклов дизелей показывает, что при одних и тех же размерах (диаметре цилиндра, ходе поршня) и при равной частоте вращения коленчатых валов двухтактные дизели должны развивать вдвое большую мощность, чем четырехтактные.
Рис. 3. Схема двухтактного дизеля
С точки зрения работы газа часть хода поршня двухтактного дизеля, используемая на продувку цилиндров, считается потерянной, поэтому практически двухтактный дизель при указанных выше одинаковых условиях развивает мощность не вдвое, а только в 1,7—1,8 раза больше четырехтактного. Устройство двухтактных дизелей с продувкой через окна в цилиндре проще четырехтактных, поэтому их легче обслуживать. Так как рабочий цикл в двухтактных дизелях совершается за один оборот коленчатого вала, последний вращается равномернее, чем у четырехтактных дизелей.
Однако в связи с более частым повторением процесса сгорания детали двухтактных дизелей испытывают большие температурные напряжения.
Рис. 4. Схема сил, действующих на основные детали дизеля
Несмотря на простоту устройства и обслуживания двухтактные дизели вследствие худшей очистки цилиндров, дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса и более высокий расход топлива менее экономичны, чем четырехтактные. Поэтому на речном транспорте получили наибольшее распространение четырехтактные дизели.
Следует отметить, что с увеличением мощности и уменьшением частоты вращения коленчатых валов двухтактных дизелей их экономичность резко возрастает и приближается к экономичности четырехтактных, поэтому дизели с рабочим объемом цилиндра более 215 дм3 делают, как правило, двухтактными.
Используемая литература: "Судовые энергетические установки" В.А. Сизых
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
privetstudent.com
Шумоизоляция авто своими руками
Повышенный расход топлива. Как сэкономить?
Как утеплить капот автомобиля?
Построение музыки в авто для начинающих
Как защитить машину от угона?
Просмотров: 5940
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:
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:
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.
Топливный фильтр
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.
Рассмотрим устройство дизельного двигателя автомобиля. Современные ав то мо би ли, которые оснащены дизельными двигателями, имеют ряд преимуществ. Основные – это топливная экономичность и высокий крутящий момент, который «подхватывает» прак ти чес ки 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. Ос нов ная движущая сила – это цилиндро-порш не вая группа (ЦПГ) с одним и тем же принципом действия. Отличия начинаются в системе клапанов. Впускные и выпускные клапаны значительно усилены, чтобы вы дер жать большую степень сжатия. У «ди зе ля» 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.
1. Непосредственный впрыск в дизельных двигателях
Непосредственный впрыск у дизеля – это когда топливо впрыскивается над поршнем, а цилиндр выполняет роль камеры сгорания так же как и в ин жек тор ных бензиновых системах. Раньше такая технология использовалась только в двигателях огромного объема с низкими оборотами. И не получала широкого рас прос тра не ния.
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.
2. Раздельная камера сгорания в дизельных двигателях
Тип дизельных двигателей с раздельной камерой сгорания от ли ча ет ся от непосредственного впрыска на ли чи ем 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 дав ле ни ем, образует вихрь для лучшего вос пла ме не ния.
Самовозгорание топлива на чи на ет ся 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 ди зель но го 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 ко ли чест во 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 - 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 тур бо над ду ва и множества других факторов.
Существуют ТНВД нескольких типов, но самый распространенный – это рас пре де ли тель ный 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.
Для эффективной работы всей системы критично важным является состояние форсунок дизельного двигателя. Это высокоточный эле мент, который подвергается огромным наг руз кам. Сама форсунка состоит из корпуса и распылителя. Рабочее давление во всей топ лив ной системе определяется регулировкой дав ле ния 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 самый простой элемент системы, но выполняет очень важную роль. Современные ТНВД, как писали выше, очень чувствительны к качеству топлива. Поэтому фильтр должен предотвратить за со ре ние и не только. Дизельные топливные фильтры задерживают не только мусор, но и воду. Вода отделяется от солярки и направляется в спе ци аль ный отстойник, который необходимо время от времени сливать.
Фильтры подбираются строго под оп ре де лен ную марку двигателя. Они могут отличаться пропускной способностью, степенью фильтрации, чувствительностью к обнаружению воды и другими специфическими па ра мет ра ми.
В случае проведения сервисных работ может понадобиться удалить остатки воздуха из топливной системы. Для этого предусмотрен насос с ручной подкачкой, который раз ме ща ют 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.
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 са мо вос пла ме не ния 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.
В дизельных двигателях с турбонаддувом турбина позволяет увеличить мощность и элас тич ность. Это становится возможным за счет дополнительного нагнетания воздуха в камеру сгорания.
Бывают механические нагнетатели, ко то рые приводятся в действие с помощью ремня. Но более распространены турбокомпрессоры, которые работают за счет давления от ра бо тан ных газов. У дизеля давление выпускной сис те мы 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 па ра мет ру). Также турбина работает под высокой нагрузкой, поэтому ее ресурс редко превышает 150000 км.
Источники: http://amastercar.ru/articles/engine_car_32.shtml, http://www.auto-infosite.ru/articles_dizelnyj_dvigatel.html, http://avto-ustroistvo.ru/dizelnyj-dvigatel.php
Комментариев пока нет!
www.1km-auto.ru
У наших соотечественников со словом «дизель» обычно ассоциируется чадящий КамАЗ и водитель в телогрейке, пытающийся зимой паяльной лампой отогреть его бак. Но время и техника неумолимо идут вперед, и все больше появляется у нас на дорогах красивых и современных автомобилей, у которых лишь характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора.
Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, и особенно на низких частотах вращения, а также доступное топливо, делают его предпочтительным вариантом для внедорожника, предназначенного для работы в тяжелых условиях. Поэтому в программе любой фирмы, производящей джипы, присутствует дизельная модификация, и чаще всего не одна.
С конца 90-х годов начался новый рост популярности дизельных моторов, связанный с совершенствованием их конструкции, внедрением электроники в системы топливопередачи и управления двигателем. Современные дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности и удельным характеристикам (вес, мощность на единицу объема), сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
По конструкции дизельный двигатель не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800 град. С, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением (10-30 МПа) впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики такого двигателя тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ, особенно оксида углерода, заметно меньше, чем у бензиновых моторов.
К специфическим недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Стоит отметить, что это относится в большей степени к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.
Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне.
До недавнего времени непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией. Но в последние годы благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию.
Наиболее распространенным на легковых автомобилях пока является другой тип дизельного мотора — с раздельной камерой сгорания. В них впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что значительно улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение в этом случае начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания. При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют подавляющее большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).
Менее распространены предкамерные дизели, имеющие специальную вставную форкамеру, соединенную с цилиндром несколькими небольшими каналами. Их форма и сечение подбираются так, чтобы между цилиндром и форкамерой возникал перепад давления, вызывающий течение газов с большой скоростью. Такая конструкция позволяет обеспечить большой ресурс, низкий уровень шума и токсичности, а также пологую характеристику крутящего момента.
Важнейшей системой дизеля, определяющей надежность и эффективность его работы, является система топливоподачи. Основная ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему дизеля сложной и дорогой. Главными ее элементами являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр. ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя.
По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера. Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД двух типов: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядные насосы в настоящее время применяются редко, хотя по своей конструкции являются наиболее надежными.
Наиболее распространены ТНВД распределительного типа. В этих ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
С начала 90-х годов стала внедряться электронная система управления дизельным двигателем, позволяющая оптимизировать подачу топлива на всех режимах и за счет этого повысить экономичность, снизить количество вредных выбросов и шумность работы моторов. Электроника позволяет заменить на всех перечисленных типах насосов сложные механические регуляторы более простыми и точными. Нагнетательная часть ТНВД при этом обычно остается неизменной.
Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.
Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.
Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы. Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.
Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900 град. С, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа. Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30 град С, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.
Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность.
Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для внедорожника средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла.
Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования.
В обычном дизельном двигателе каждая секция насоса высокого давления нагнетает солярку в «индивидуальный» топливопровод (идущий к определенной форсунке). Внутренний его диаметр обычно составляет 1,6—2 мм, а наружный — 6—7 мм, то есть стенки достаточно толстые. Но когда под высоким давлением в 1300—2000 атмосфер по нему «прогоняется» порция топлива, трубка раздувается подобно удаву, заглатывающему жертву. И как только эта солярка уходит в форсунку, топливопровод снова сжимается. Поэтому вслед заданной порции топлива к форсунке непременно «подкачивается» крохотная лишняя доза. Эта капля, сгорая, увеличивает расход горючего, повышает дымность мотора, да и процесс ее сжигания далеко не полноценный. Вдобавок сами пульсации отдельных трубопроводов повышают шумность работы двигателя. С ростом оборотистости современных дизелей (до 4000—5000 об/мин) это стало доставлять ощутимые неудобства. Несколько фирм со временем нашли удачное инженерное решение проблемы. По разработанной ими схеме, топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая играет роль ресивера. В этом промежуточном звене помещается постоянный объем солярки, которая находится не под пульсирующим давлением, а под постоянным — около 1300 атмосфер.
Что же касается форсунок, то они открываются теперь не гидромеханическим способом (от повышения давления в трубопроводе), а электронным — от сигнала, подаваемого на соленоид форсунки. Датчики сообщают компьютеру, управляющему работой форсунок, информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме двигателя, его нагрузке и т.д. На ее основе компьютер назначает нужное для работы мотора количество топлива и момент его подачи. Таким образом «змея» не судорожно проталкивает по пищеводу «еду», а работает в строгом соответствии с решениями, принимаемыми ее электронным мозгом.
Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями, чего раньше сделать было невозможно. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для
[spoiler]дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.
Но главное — система «Common-Rail» полностью исключает впрыск в камеру сгорания «досыльной» порции горючего. В результате расход топлива двигателем сокращается примерно на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора. Прогрессивные изменения в системе подачи топлива к форсункам дизелей стали возможны лишь благодаря развитию электроники.
[/spoiler]
avto.win7ka.ru
