Як працює двигун дизельний

 

При проектуванні нового двигуна німецький інженер Рудольф Дизель ставив перед собою завдання створення економічного, зручного і простого двигуна, здатного витіснити парову машину з її небезпечною і громіздким паровим котлом і низьким ККД. Він розробив перші зразки нової установки, що працюють на гасі, а успіх їй був забезпечений росіянами (радянськими) інженерами, заствившими німецьку техніку працювати на сирої нафти. Перший одноциліндровий двигун Дизеля

Патент на новий вид двигуна був отриманий винахідником в 1892 році. П’ять років йому знадобилося, щоб знайти інвесторів і виготовити перший дизельмотор потужністю 20 кінських сил. Його ККД дорівнював 34 відсотка, що в кілька разів вище, ніж у використовувалися тоді парових машин.

Мотор Дизеля не потребує ні в котлі, ні в газогенераторі, ні в карбюраторі, оскільки паливо вводиться безпосередньо в циліндри. Теоретично дизельмотор проектувався для роботи на будь-якому рідкому паливі, в тому числі і на сирої нафти, якої в кінці 19 століття опалювалися парові котли. Крім того, дизельмотор не вимагає наявності системи запалювання. Працює двигун з нового циклу, який отримав назву циклу Дизеля. При першому такті він засмоктує чисте повітря, при другому такті зворотним ходом поршня повітря подвергется стиску з такою силою, що нагрівався до температури близько 750 градусів, і вводиться в циліндр при третьому такті паливо самовозгарается в розпеченому повітрі і розширюються гази рухають поршень. В четвертому такті продукти згоряння видавлюються з двигуна. Щоб паливо згорало, а не вибухало, впорскування його здійснюється поступово. Крім клапанів, автоматично відкривалися для впуску палива і повітря і для вихлопу, двигун приводить в дію ще компресор, що нагнітає в окремий резервуар повітря. Цей стиснене повітря вживається для впорскування в циліндр палива, і для запуску двигуна в хід.

У першому зразку в якості пального вживався гас. Самому Дизелю і заводам, почали будувати нові двигуни для виробничих цілей, не вдалося змусити двигун працювати на нафті. Це було зроблено в Росії, що і забезпечило новому двигуну переможну ходу на ринок.

Спочатку дизельні двигуни встановлювалися на вантажні автомобілі, судна і військову техніку, тобто туди, де надійність і економічність важливіше ніж розміри, вага і комфорт. Перший серійний автомобіль, в якому був встановлений дизель був випущений тільки 1935 році. Це був Mercedes-Benz 260 (W170). Такі особливості дизеля, як економічність, високий момент, що крутить, у всьому діапазоні оборотів, і особливо на низьких частотах обертання, а також доступне паливо, роблять його кращим варіантом для позашляховика, призначеного для роботи у важких умовах.

Сучасні дизелі останніх поколінь вже весма близькі до бензиновим двигунам по гучності і питомими характеристиками, зберігаючи при цьому переваги в економічності і надійності.

Конструктивні особливості

В дизельному двигуні істотно посилені клапана, оскільки ступінь стиску в циліндрах в нього приблизно вдвічі вище ніж у бензинового). В результаті дизельний двигун при рівному об’ємі камери згоряння має більшу вагу і габарити.

До специфічних недоліків дизельних двигунів зазвичай відносять підвищену гучність і вібрацію, меншу літрову потужність і холодного старту двигуна. Втім, у сучасних конструкціях ці проблеми вже не є такими очевидними.

Основна відмінність дизелів полягає в конструкції камери згоряння. В дизелях з неподіленою камерою згорання – їх називаю дизелями з безпосереднім уприскуванням – паливо впорскується в надпоршневое простір. Камера згоряння знаходиться безпосередньо в поршні двигуна. Такий спосіб в основному використовується на низькообертових ДВС з великим робочим об’ємом. Найбільш розповсюджені на легкових автомобілях двигуни з роздільною камерою згоряння. У них впорскування палива здійснюється в додаткову камеру.

Найчастіше це вихрова камера, виконана в голівці блоку циліндрів. Від неї до циліндра влаштований спеціальний канал таким чином, що при стисненні повітря, потрапляючи у вихрову камеру, інтенсивно закручується, що покращує процеси самозаймання і утворення суміші. Самозаймання починається в камері вихрової і продовжується в основній камері згоряння. При такій конструкції знижується темп наростання тиску в циліндрах, в результаті чого гучність такого двигуна значно нижче. Вихрекамерные двигуни в даний час складають переважну більшість серед встановлюються на легкові автомобілі.

Ключові вузли дизельного агрегату

Найважливішою системою дизельного двигуна є система паливоподачі. Функція її – подача строго дозованого обсягу палива в точно підібраний момент часу під певним тиском. Високий тиск палива і підвищені вимоги до точності роблять паливну систему дизеля складною і дорогою. Основні елементи: паливний насос високого тиску (ТНВД), форсунки і паливний фільтр. ПНВТ призначений для подачі палива до форсунок за строго заданою програмою, згідно з режимом роботи двигуна і дій водія.

Паливні насоси

Сучасний ТНВД поєднує в собі функції комплексної системи автоматичного управління двигуном і головного виконавчого механізму, отрабатывающего команди водія. Маніпулюючи педаллю газу, водій не змінює безпосередньо обсяг подаваного палива, а 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 двох типів : рядні многоплунжерные і розподільного типу. Рядні насоси в даний час застосовуються рідко, хоча по своїй конструкції є найбільш надійними. Найбільш поширені ТНВД розподільного типу. У цих моделях система нагнітання має один плунжер-розподільник, який здійснює поступальний рух для нагнітання палива і обертальний для розподілу палива з форсунок. Насоси розподільного типу одержали широке поширення на дизелях для легкових автомобілів. Вони компактні, відрізняються високою рівномірністю подачі палива по циліндрах і відмінною роботою на високих обертах завдяки швидкодією регуляторів.

Форсунки

Форсунка разом з ТНВД забезпечує дозування кількості палива, що подається в камеру згорання. Регулювання тиску відкриття форсунки визначає робочий тиск в паливній системі, а тип розпилювача визначає форму факела палива, яка має важливе значення для процесу запалення і згоряння. Застосовуються форсунки двох типів: з шрифтовым або многодырчатым розподільником. Форсунка на двигуні працює в суворих умовах, оскільки розпилювач безпосередньо контактує з камерою згоряння. Тому розпилювач форсунки виготовляється з высокожаропрочных матеріалів з особливою точністю і є прецизійним елементом.

Паливні фільтри

Параметри паливного фільтра, такі, як тонкість фільтрації, пропускна спроможність, повинні суворо відповідати типу двигуна. Однією з функцій ТФ є відділення і видалення води, для чого зазвичай служить нижня зливна пробка. У верхній частині фільтру установливается насос ручної підкачки для видалення повітря з паливної системи. На сучасних моделях двигуна встановлюється система електропідігріву паливного фільтра, що дозволяє полегшити запуск двигуна, запобігаючи забивання фільтра парафинами, що утворюються при кристалізації дизельного палива в зимових умовах.

Запуск 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 800-900 градусів З, забезпечуючи підігрів повітря в камері згоряння і полегшуючи самозаймання палива. Електроживлення зі свічки знімається автоматично через 15-25 секунд після запуску, щоб забезпечити стійку роботу непрогрітого двигуна. Сучасні системи попереднього підігріву гарантують легкий пуск справного дизеля до температури 25-30 градусів.

Переваги дизельних двигунів

• економічність: при рівному обсязі і потужності витрата палива менше на 15-25%, при тому що вартість палива для дизеля нижче;
• хороша тяга на низьких обертах двигуна. Дизель явно виграє при використанні на вредорожниках і вантажних автомобілях;
• відсутність свічок запалювання, проводів, трамблеров – потенційно схильних до відмови систем автомобіля;
• велика зносостійкість. Пробіг автомобіля з дизельним двигуном до його капремонту більше в 2-3 рази ніж автомобіля з аналогічним бензиновим движком.

 

Недоліки дизельних двигунів

 

• дещо менше динаміка розгону.
• більший шум і вібрація при роботі двигуна;
• чутлива паливна система
• погіршення запуску при низьких температурах;
• не терпить високих обертів, і як наслідок високих швидкостей, оскільки паливо не встигає догорають в циліндрах;
• велика маса, менша літрова потужність;
• частіше потрібна заміна масла і фільтрів, масло необхідно більш високої якості;
• для запуску дизельного двигуна потрібен акумулятор більшої ємності і більш потужний стартер;
• ремонт дизельмоторов зазвичай дорожче ремонту бензинового двигуна того ж класу.