Дизельні двигуни. Пристрій і принцип роботи

356

Все більше з’являється автомобілів, у яких характерне постукування з-під капота видає тип встановленого двигуна. Розберемо пристрій, принцип роботи та особливості дизельних двигунів.

Особливості дизельного двигуна, такі як економічність, високий момент, що крутить, і більш дешеве паливо, роблять його кращим варіантом. Дизелі останніх поколінь впритул наблизилися до бензиновим моторам по гучності, зберігаючи при цьому переваги в економічності і надійності.

Конструктивні особливості дизельних двигунів

По конструкції дизельний двигун не відрізняється від бензинового – ті ж циліндри, поршні, шатуни. Правда, клапанні деталі істотно посилені, щоб сприймати більш високі навантаження – адже ступінь стискування набагато вище (19-24 одиниць проти 9-11 у бензинового мотора). Саме цим пояснюється велика вага і габарити дизельного двигуна в порівнянні з бензиновим.

Принципово відмінність полягає у способах формування паливно-повітряної суміші, її займання і згорання. У бензинового мотора суміш утворюється у впускний системі, а в циліндрі запалюється іскрою свічки запалювання. В дизельному двигуні подача палива і повітря відбувається окремо. Спочатку в циліндри надходить чисте повітря. Наприкінці стиснення, коли він нагрівається до температури 700-800оС, в камеру згорання форсунками під великим тиском впорскується паливо, яке майже миттєво самозаймається.


Рекомендую до прочитання: принцип роботи ДВЗ, робочі цикли двигуна

Самозаймання супроводжується різким наростанням тиску в циліндрі – звідси підвищена шумність і жорсткість роботи дизеля. Така організація робочого процесу дозволяє використовувати більш дешеве паливо і працювати на дуже бідних сумішах, що визначає більш високу економічність. Екологічні характеристики теж краще – при роботі на бідних сумішах викиди шкідливих речовин помітно менше, ніж у бензинових моторів.

До недоліків відносять підвищену гучність і вібрацію, меншу потужність і труднощі холодного пуску. У сучасних дизелів ці проблеми не є такими очевидними.

Типи дизельних двигунів

Існує кілька типів дизельних двигунів, відмінність між якими укладено в конструкції камери згоряння. В дизелях з неподіленою камерою згорання – їх називаю дизелями з безпосереднім уприскуванням – паливо впорскується в надпоршневое простір, а камера згоряння виконана в поршні. Безпосередній впорскування застосовувався в основному на низькообертових двигунах великого робочого об’єму. Це було пов’язано з труднощами процесу згоряння, а також підвищеним шумом і вібрацією.

Завдяки впровадженню паливних насосів високого тиску (ТНВД) з електронним управлінням, двоступінчастого уприскування палива та оптимізації процесу згоряння вдалося домогтися стійкої роботи дизеля з неподіленою камерою згорання на оборотах до 4500 об/хв, поліпшити його економічність, знизити шум і вібрацію.

Найбільш поширеним є інший тип дизеля – з роздільною камерою згоряння. Впорскування палива здійснюється не в циліндр, а в додаткову камеру. Зазвичай застосовується вихрова камера, виконана в головці блоку циліндрів та поєднана з циліндром спеціальним каналом так, щоб при стисненні повітря, потрапляючи у вихрову камеру, інтенсивно закручувався, що покращує процес самозаймання та сумішоутворення. Самозаймання починається в вихрової камери, а потім продовжується в основній камері згоряння.

При роздільній камері згоряння знижується темп наростання тиску в циліндрі, що сприяє зниженню шуму і підвищення максимальних обертів. Вихрекамерные двигуни становлять більшість серед встановлюються на легкові автомобілі, джипи (близько 90 %).

Пристрій паливної система дизельного двигуна

Найважливішою системою дизеля є система паливоподачі. Її функція – подача строго певної кількості палива в заданий момент і з заданим тиском. Високий тиск палива та вимоги до точності роблять паливну систему складною і дорогою.

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

ПНВТ призначений для подачі палива до форсунок за строго певною програмою, в залежності від режиму роботи двигуна і керуючих дій водія. За своєю суттю сучасний всережимный ТНВД поєднує в собі функції комплексної системи автоматичного управління двигуном і головного виконавчого механізму, отрабатывающего команди шофера.

Натискаючи педаль газу, водій не збільшує безпосередньо подачу палива, а лише змінює програму роботи регуляторів, які вже самі змінюють подачу за суворо визначеними залежностями від числа обертів, тиску наддуву, положення важеля регулятора і т. п. На сучасних позашляховиках зазвичай застосовуються ТНВД розподільного типу.

ТНВД розподільного типу. Насоси цього типу одержали широке поширення на легкових дизелях. Вони компактні, відрізняються високою рівномірністю подачі палива по циліндрах і відмінною роботою на високих обертах завдяки швидкодією регуляторів. У той же час ці насоси пред’являють дуже високі вимоги до чистоти і якості дизпалива: адже всі їх деталі змащуються паливом, а зазори в прецизійних елементах дуже малі.

форсунка дизеляФорсунки дизеля.

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 та згоряння. Застосовуються зазвичай форсунки двох типів: з шрифтовым або многодырчатым розподільником.

Форсунка на двигуні працює в дуже 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 дизеля.

Паливний фільтр, незважаючи на його простоту, є найважливішим елементом дизельного мотора. Його параметри, такі, як тонкість фільтрації, пропускна спроможність, повинні строго відповідати певним типом двигуна. Однією з його функцій є відділення і видалення води, для чого зазвичай служить нижня зливна пробка. На верхній частині корпуса фільтра часто встановлений насос ручної підкачки для видалення повітря з паливної системи.

Іноді встановлюється система електропідігріву паливного фільтра, що дозволяє дещо полегшити запуск двигуна, запобігає забивання фільтра парафинами, що утворюються при кристалізації дизпалива в зимових умовах.

Як відбувається запуск дизельного двигуна?

Холодний пуск дизеля забезпечує система передпускового підігріву. 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.

Погасання 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.

Турбонаддув дизельного двигуна

Ефективним засобом підвищення потужності і гнучкості роботи дизеля є турбонаддув. Він дозволяє подати в циліндри додаткову кількість повітря і відповідно збільшити подачу палива на робочому циклі, в результаті збільшується потужність двигуна. Тиск вихлопних газів дизеля в 1,5-2 рази вище, ніж у бензинового мотора, що турбокомпресора дозволяє забезпечити ефективний наддув з найнижчих оборотів, уникнувши властивого бензиновим турбомдвигунам провалу – “турбоями”.

Турбодизель має і деякі недоліки, пов’язані з надійністю роботи турбокомпресора. Так, ресурс турбокомпресора істотно менше ресурсу двигуна і не перевищує зазвичай 150 тис. км. Турбокомпресор пред’являє жорсткі вимоги до якості моторного масла. Докладніше в статті: що таке турбокомпресор.

Система Common-Rail для дизельного двигуна

Система Common-Rail

Комп’ютерне керування 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 з займанням палива від стиснення — це дуже важливо, так як при цьому тиск у камері згоряння наростає більш плавно, без «ривка». Внаслідок цього двигун 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 колінчастого зростає на 25%. Також зменшується вміст у вихлопі сажі та знижується шумність роботи двигуна. Докладніше в статті: Common Rail – що це?