Характеристика работы дизельного двигателя

Принцип работы дизельного двигателя – мотор в разрезе

1. Немножко предыстории
2. Особенности конструкции
3. Принцип работы
4. Дополнительное оборудование
5. Топливная система
6. Турбонаддув
7. Форсунки и интеркулер
8. Рабочая температура дизеля

Приветствую вас друзья! Дизельный силовой агрегат уже давно завоевал любовь и уважение в кругу автолюбителей! Он экономичнее, надежнее, да и общее КПД на порядок выше нежели у бензинового собрата. Однако, более сложное устройство и принцип работы дизельного двигателя не дают многим отечественным шоферам решиться на покупку автомобиля такого типа. Оно и не странно, выбор автомобиля заставляет обратить внимание на стоимость обслуживания автотехники и это правильно! Но все же, дабы развеять опасения коллег, сегодня я попытаюсь в понятной форме описать вам все особенности такого агрегата. Но обо всем, как обычно по порядку…

• Немножко предыстории
• Особенности конструкции
• Принцип работы
• Дополнительное оборудование
• Топливная система
• Турбонаддув
• Форсунки и интеркулер
• Рабочая температура дизеля

Назначение

Наличие в конструкции силового агрегата топливных форсунок характерно не только для дизельных, но и для бензиновых двигателей. Это связано с принципом работы установки, в которой предусмотрена эффективная система прямого впрыска топлива в камеры сгорания. Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется под воздействием высокого давления. На практике эффективность работы у дизельных форсунок гораздо выше, чем у аналогичных бензиновых инжекторов.

Логично предположить, что высокий КПД двигателя, работающего на дизельном топливе, возможна только при использовании качественных комплектующих, способных обеспечивать своевременную подготовку и подачу топливной смеси внутрь камеры сгорания. Вот основные задачи, которые выполняет инжектор:

• Непосредственный впрыск дизтоплива в камеру сгорания.
• Дозировка необходимого объема горючего, которое позволяет обеспечить заданную мощность силового агрегата.
• Распыление топлива, что гарантирует более эффективное и полное сжигание смеси.
• Герметичность системы.

Топливная система

Топливная аппаратура дизельных двигателей существенно сложнее, чем у бензиновых. Это объясняется высокими требованиями к точности подачи топлива по времени, количеству и давлению. Основные компоненты топливной системы – ТНВД, форсунки, фильтр.

Широко применяется система подачи топлива с компьютерным управлением (Common-Rail). Она впрыскивает его двумя порциями. Первая из них маленькая, служащая для повышения температуры в камере сгорания (предвпрыск), что позволяет снизить шум и вибрации. К тому же данная система повышает на малых оборотах крутящий момент на 25%, снижает расход топлива на 20% и содержание сажи в выхлопных газах.

Принцип работы

Дизельный двигатель работает за счёт сжатия. Благодаря этому процессу жидкость под давлением попадает в камеру сгорания. Пропускными элементами служат форсунки инжектора.

Воздух должен быть достаточно горячим, чтобы топливо воспламенилось . Перед тем как попасть внутрь жидкость проходит через ряд фильтров, которые задерживают чужеродные частички, способные навредить системе.

Чтобы понять принцип работы дизельного двигателя нужно рассмотреть весь процесс подачи и воспламенения топлива от начала и до конца. На начальном этапе воздух подаётся через впускной клапан. При этом поршень движется вниз.

Некоторые впускные системы дополнительно обустраиваются заслонками. Благодаря им в конструкции создаётся два канала, через которые воздух попадает внутрь. В результате данного процесса происходит завихрение воздушных масс.

Когда поршень достигает верхней точки, воздух сжимается в 20 раз. Предельное давление составляет порядка 40 килограмм на квадратный сантиметр. При этом температура доходит до 500 градусов.

Форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры в строго заданном количестве. Воспламенение происходит исключительно из-за высокой температуры. Именно этот факт объясняет то, что в устройстве дизельного двигателя нет свечей. Мало того, система зажигания отсутствует как таковая.

Отсутствие в конструкции дроссельной заслонки позволяет развить большой крутящий момент. Но число оборотов при этом находится на стабильно низкой отметке. За один цикл может осуществляться несколько впрыскиваний жидкости.

Вниз поршень толкает давление расширяющихся газов. Результатом данного процесса является то, что поворачивается коленвал. Связующим звеном в данном микропроцессе является шатун.

Дойдя до нижней точки, поршень вновь поднимается вверх, тем самым выталкивая уже отработанные газы. Они выходят наружу посредством выпускного клапана. Такой рабочий цикл повторяется раз за разом в дизельном двигателе.

Чтобы снизить процент сажи в газах, которые выходят через выхлопную систему существует специальный фильтр. Он позволяет в значительной мере уменьшить вред, наносимый экологии.

Нормальная работа топливной системы, условия

Что бы топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аппаратуру и механизмы, работала стабильно, необходимо выполнение определённых требований:

• В камере сгорания должна быть обеспечена высокая температура и давление;
• Топливо и воздух, смешиваясь, должны создавать определённую пропорцию;
• Вращение коленчатого вала с определённой частотой должно соответствовать углу опережения впрыска топлива;
• Параметры воздушного заряда должны соответствовать наиболее оптимальному состоянию. Это требование очень важно, поскольку при попадании топлива в неподготовленную среду работа установки будет сильно осложнена. Параметры, оказывающие сильное влияние на процесс следующие: компрессия, температура головки поршня, количество и пропорция воздуха в камере сгорания.

Что касается степени сжатия, её параметры существенно отличаются от параметров бензинового мотора. В бензиновых силовых установках она имеет значение на уровне 10, тогда как в дизельных агрегатах может быть 20 и выше. Это обусловлено тем, большая степень сжатия позволяет создать большую температуру камеры сгорания, что значительно облегчает воспламенение топливовоздушной смеси и запуск силовой установки.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Какие типы дизельных моторов существуют

Если провести разделение по конструкции, то можно выделить всего три вида:

1. Двигатели, имеющие разделенную камеру сгорания. Суть проста – топливо-воздушная смесь поступает не сразу в камеру сгорания. Первоначально она попадает в отдельный отсек, называемый вихревой камерой. Эта камера расположена в ГБЦ. Между камерой сгорания и этим отсеком располагается небольшой канал. Именно в вихревой камере воздух способен сжаться до большого давления. Следовательно, его нагрев окажется сильнее и воспламенение топлива улучшается. В этом же отсеке происходит первоначальное воспламенение топлива. Затем процесс плавно переходит уже в основную камеру сгорания.
2. С камерой сгорания, не разделенной на отсеки. Такие моторы имеют максимальный уровень шума, зато топлива потребляют меньше. В поршне имеются небольшие углубления, в которые попадает топливная смесь. Воспламеняется она непосредственно над поршнем, после чего сила взрыва толкает его вниз.
3. Предкамерные ДВС имеют в своей конструкции вставную форкамеру. От нее к основной камере сгорания идет несколько тонких каналов. Большая часть характеристик дизельного двигателя такого типа (уровень шума, ресурс, токсичность, расход топлива, создаваемые вибрации, мощность) зависят от числа каналов, их толщины и формы.

Форсунки дизельного двигателя

Встреча, которая перевернула его жизнь

Во время учёбы Рудольф Дизель познакомился с известным немецким инженером, разработчиком холодильного оборудования, профессором Карлом фон Линде. Так случилось, что из-за заболевания брюшным тифом студенту Дизелю не удалось вовремя сдать экзамены профессору. Рудольф был вынужден на время покинуть университет и отправиться на практику в Швейцарию, устроившись в машиностроительную компанию братьев Шульцер.

Спустя год Дизель возвращается в Германию, где успешно завершает учебный процесс, сдав выпускные экзамены профессору Карлу фон Линде. К тому времени наставник решает оставить преподавательскую деятельность и вплотную заняться прикладными исследованиями в организованной им же . Рудольф Дизель получает место в парижском филиале компании в качестве управляющего.