Дизельні двигуни. Пристрій і як працює дизель?

1. Конструкція і будова
2. Типи дизельних двигунів
3. Пристрій паливної системи
4. ТНВД
5. Форсунки.
6. Паливні фільтри.
7. Як відбувається запуск?
8. Наддувши і Common-Rail

Наша сеть партнеров Banwar

Особливості дизельного двигуна, такі як економічність і високий крутний момент, роблять його кращим варіантом. Сучасні дизелі близькі до бензиновим моторам по шумності, зберігаючи переваги в економічності і надійності.

Конструкція і будова

За конструкцією дизельний двигун не відрізняється від бензинового - ті ж циліндри, поршні, шатуни. Правда, клапанні деталі посилені, щоб сприймати високі навантаження - адже ступінь стиснення дизеля набагато вище (19-24 одиниць проти 9-11 у бензинового мотора). Саме цим пояснюється велика вага і габарити дизельного мотора в порівнянні з бензиновим.
Принципово відмінність полягає в способах формування суміші палива і повітря, її займання і згорання. У бензинового мотора суміш утворюється у впускний системі, а в циліндрі запалюється іскрою свічки запалювання. У дизельному двигуні подача палива і повітря відбувається роздільно. Спочатку в циліндри надходить повітря. В кінці такту стиснення, коли він нагрівається до температури 700-800оС, в камеру згоряння форсунками, під великим тиском впорскується солярка, яке майже миттєво самозаймається.
Сумішоутворення в дизелях протікає за дуже короткий проміжок часу. Для отримання горючої суміші, здатної швидко і повністю згоряти, необхідно, щоб паливо було розпорошено на можливо більш дрібні частинки і щоб кожна частка мала достатню для повного згоряння кількість повітря. З цією метою паливо в циліндр впорскується форсункою під тиском, в кілька разів перевищує тиск повітря при такті стиснення в камері згоряння .
У дизелях застосовують нерозділені камери згоряння. Вони являють собою єдиний обсяг, обмежений днищем поршня 3 і поверхнями головки і стінок циліндрів. Для кращого перемішування палива з повітрям форму нерозділеного камери згоряння пристосовують до форми паливних факелів. Поглиблення 1, виконане в днище поршня, сприяє створенню вихрового руху повітря.
Дрібно розпорошену паливо впорскується з форсунки 2 через кілька отворів, спрямованих в певні місця поглиблення. Щоб паливо повністю згорали і дизель мав найкращими потужностями і економічними показниками, паливо потрібно вводити в циліндр до приходу поршня в ВМТ.
Самозаймання супроводжується різким наростанням тиску - звідси підвищена галасливість і жорсткість роботи. Така організація робочого процесу дозволяє працювати на дуже бідних сумішах, що визначає високу економічність. Екологічні характеристики теж краще - при роботі на бідних сумішах викиди шкідливих речовин менше, ніж у бензинових моторів.

До недоліків відносять підвищену гучність і вібрацію, меншу потужність, труднощі холодного пуску, проблеми із зимовою соляркою. У сучасних дизелів ці проблеми не настільки очевидні.

Дизельне паливо має відповідати певним вимогам. Головні показники якості палива - чистота, мала в'язкість, низька температура самозаймання, високе цетанове число (не нижче 40). Чим більше цетанове число, тим менше період затримки самозаймання після моменту уприскування його в циліндр і двигун працює м'якше (без стукотів).

Типи дизельних двигунів

Існує кілька типів дизельних моторів, відмінність між якими укладено в конструкції камери згоряння. У дизелях з нерозділеного камерою згоряння - їх називаю дизелями з безпосереднім уприскуванням - паливо впорскується в надпоршневомупростір, а камера згоряння виконана в поршні. Безпосередній впорскування застосовується на низькооборотних двигунах великого робочого об'єму. Це пов'язано з труднощами процесу згоряння, а також підвищеним шумом і вібрацією.
Завдяки впровадженню паливних насосів високого тиску (ТНВД) з електронним управлінням, двоступеневого впорскування палива і оптимізації процесу згоряння вдалося домогтися стійкої роботи дизеля з нерозділеного камерою згоряння на оборотах до 4500 об / хв, поліпшити економічність, знизити шум і вібрацію.
Найбільш поширеним є інший тип дизеля - з роздільним камерою згоряння. Впорскування палива здійснюється не в циліндр, а в додаткову камеру. Зазвичай застосовується вихрова камера, виконана в головці блоку циліндрів і поєднана з циліндром спеціальним каналом так, щоб при стисканні повітря, потрапляючи в вихрові камеру, інтенсивно закручується, що покращує процес самозаймання і сумішоутворення. Самозаймання починається в вихровий камері, а потім продовжується в основній камері згоряння.
При роздільному камері згоряння знижується темп наростання тиску в циліндрі, що сприяє зниженню шумності і підвищенню максимальних обертів. Такі двигуни становлять більшість серед встановлюваних на сучасні автомобілі.

Пристрій паливної системи

Найважливішою системою є система подачі палива. Її функція - подача строго певної кількості палива в заданий момент і з заданим тиском. Високий тиск палива і вимоги до точності роблять паливну систему складної і дорогої.

Головними елементами є: паливний насос високого тиску (ТНВД), форсунки і паливний фільтр.

ТНВД

ТНВД призначений для подачі палива до форсунок за строго певною програмою, в залежності від режиму роботи двигуна і дій водія. За своєю суттю сучасний ТНВД поєднує в собі функції складної системи автоматичного управління двигуном і головного виконавчого механізму, що відпрацьовує команди шофера.
Натискаючи педаль газу, водій не збільшує безпосередньо подачу палива, а лише змінює програму роботи регуляторів, які вже самі змінюють подачу по строго певним залежностям від числа обертів, тиску наддуву, положення важеля регулятора і т.п.
На сучасних авто застосовуються ТНВД розподільного типу. Насоси цього типу отримали широке поширення. Вони компактні, відрізняються високою рівномірністю подачі палива по циліндрах і відмінною роботою на високих оборотах завдяки швидкодії регуляторів. У той же час вони висувають високі вимоги до чистоти і якості дизпалива: адже всі їхні деталі змащуються паливом, а зазори в прецизійних елементах малі.

Форсунки.

Іншим важливим елементом паливної системи є форсунка. Вона разом з ТНВД забезпечує подачу строго дозованої кількості палива в камеру згоряння. Регулювання тиску відкриття форсунки визначає робочий тиск в паливній системі, а тип розпилювача визначає форму факела палива, яка має важливе значення для процесу самозаймання і згоряння. Застосовуються зазвичай форсунки двох типів: з шрифтових або многодирчатий розподільником.
Форсунка на двигуні працює в важких умовах: голка розпилювача здійснює зворотно-поступальні рухи з частотою в половину меншою, ніж обороти двигуна, і при цьому розпилювач безпосередньо контактує з камерою згоряння. Тому розпилювач форсунки виготовляється з жароміцних матеріалів з особливою точністю і є прецизійним елементом.

Паливні фільтри.

Паливний фільтр, незважаючи на його простоту, є найважливішим елементом дизельного мотора. Його параметри, такі, як тонкість фільтрації, пропускна здатність, повинні строго відповідати певному типу двигуна. Однією з його функцій є відділення і видалення води, для чого зазвичай служить нижня зливна пробка. На верхній частині корпусу фільтра часто встановлений насос ручної підкачки для видалення повітря з паливної системи.
Іноді встановлюється система електропідігріву паливного фільтра, що дозволяє дещо полегшити запуск двигуна, що запобігає забивання фільтра парафинами, що утворюються при кристалізації дизпалива в зимових умовах.

Як відбувається запуск?

Для цього в камери згоряння вставлені електричні нагрівальні елементи - свічки розжарювання. При включенні запалювання свічки за кілька секунд розігріваються до 800-900оС, забезпечуючи тим самим підігрів повітря в камері згоряння і полегшуючи самозаймання палива. Про роботу системи водієві в кабіні сигналізує контрольна лампа.
Згасання контрольної лампи свідчить про готовність до запуску. Електроживлення зі свічки знімається автоматично, але не відразу, а через 15-25 секунд після запуску, щоб забезпечити стійку роботу непрогрітого двигуна. Сучасні системи передпускового підігріву забезпечують легкий пуск справного дизеля до температури 25-30оС, зрозуміло, за умови відповідності сезону масла і дизпалива.

Наддувши і Common-Rail

Він дозволяє подати в циліндри додаткову кількість повітря і в результаті збільшується потужність. Тиск вихлопних газів дизеля в 1,5-2 рази вище, ніж у бензинового мотора, що дозволяє турбокомпресору забезпечити ефективний наддув з найнижчих оборотів, уникнувши властивого бензиновим турбомотором провалу - "турбоями".
Турбодизель має і деякі недоліки, пов'язані з надійністю роботи турбокомпресора. Так, його ресурс істотно менше ресурсу самого двигуна і не перевищує 150 тис. Км. Турбокомпресор пред'являє жорсткі вимоги до якості моторного масла. Докладніше в статті: що таке турбокомпресор .

Система Common-Rail. Комп'ютерне управління подачею палива дозволило впорскувати його в камеру згоряння циліндра двома точно дозованими порціями. Спочатку надходить крихітна, всього близько міліграма, доза, яка при згорянні підвищує температуру в камері, а слідом йде головний «заряд». Для дизеля - двигуна із запалюванням палива від стиснення - це дуже важливо, тому що при цьому тиск в камері згоряння наростає більш плавно, без «ривка». Внаслідок цього мотор працює м'якше і менш шумно.

В результаті в дизелях з системою Common-Rail витрата палива скорочується на 20%, а крутний момент на малих обертах коленвала зростає на 25%. Також зменшується вміст у вихлопі сажі і знижується гучність роботи мотора.