Дизельный двигатель устройство и принцип работы

Форма вихревой камеры энергично закручивает воздушный поток, обеспечивая лучшее смешение и воспламенение без внешних источников. Эти процессы продолжаются также в основной камере сгорания.

Получили распространение силовые установки, имеющие раздельную камеру сгорания, в которые горючее подается в объем особой камеры в головке блока сверху цилиндра.Эти объемы соединяет канал.

Форма вихревой камеры энергично закручивает воздушный поток, обеспечивая лучшее смешение и воспламенение без внешних источников. Эти процессы продолжаются также в основной камере сгорания.

Дизели с раздельной камерой сгорания имеют меньшую шумность, поскольку вихревая камера гасит скорость роста давления в начале самовоспламенения. В дизелях без такого элемента самовоспламенение протекает прямо в объеме надпоршневого пространства. Поэтому они отличаются шумностью.

В основе работы дизельного двигателя лежит принцип расширения газов под давлением. Газ образуется при воспламенении и сгорании топлива внутри камеры сгорания (цилиндра). Вращающийся коленвал преобразует тепловую энергию в механическую.

Устройство двигателя на дизельном топливе

Рассмотрим устройство дизельного двигателя на его основных механизмах и системах.

Важно отметить, что работу двигателя обеспечивают кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а остальные системы направлены на поддержание работы данных механизмов. Все компоненты двигателя собраны в корпусе, который является основанием для их крепления.

Кривошипно-шатунный механизм

Основное назначение кривошипно-шатунного механизма (КШМ) сводится к преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, и обратный процесс. Главные узлы КШМ – это:

• Поршень
• Шатун
• Коленвал
• Маховик
• Блок и головка блока цилиндров

Поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу КШМ.

Газораспределительный механизм

Одной из важнейших систем двигателя является ГРМ или газораспределительный механизм. Его задача – подавать топливно-воздушной смесь в цилиндры и удалять отработанные газы в строго определенное время. ГРМ состоит из следующих узлов:

• Клапанная группа;
• Привод клапанов;
• Распределительный вал (или валы);
• Привод вала.

Система охлаждения

Для отвода тепла от деталей двигателя конструкторы предусматривают систему охлаждения изделий, которая может быть воздушной или жидкостной. При воздушной системе тепло передается обдувающему воздуху, циркулирующему в ребрах охлаждения и кожухе, с использованием вентилятора (принудительное охлаждение). А жидкостная состоит из следующих компонентов:

• Вентилятор охлаждения
• Насос системы охлаждения
• Радиатор
• Крышка радиатора
• Расширительный бачок
• Термостат

Система смазки двигателя

Система смазки обеспечивает смазку трущихся деталей, отводит от них тело и выносит продукты износа из пар трения. Различают принудительную систему смазки, комбинированную и разбрызгиванием. Главные детали:

• Масляный насос
• Масляный фильтр

Топливная система

Топливная система двигателя – это узел, который оказывает значительное влияние на эффективность двигателя. Функционал этой системы заключается в подаче определенного объема топлива в нужный момент времени под необходимым давлением и его очистке.

Основные составляющие топливной системы соединены топливопроводами, это:

• Топливный насос высокого давления (ТНВД)
• Топливный фильтр
• Форсунки
• Топливоподкачивающий насос

Топливоподкачивающий насос направляет дизтопливо из бака через топливные фильтры (грубой и тонкой очистки), далее ТНВД и форсунки впрыскивают топливо в цилиндры.

Системы впрыска

Различают двигатели с прямым (непосредственным) и непрямым впрыском. Прямой способ означает, что топливо попадает непосредственно в камеру сгорания, где и происходит его возгорание. Непрямой ­ – указывает на подачу топлива в отдельную камеру (форкамеру), где возникает самовоспламенение, продолжающееся в основной камере.

Наиболее современной системой впрыска является Common Rail. Данная система непосредственного впрыска применяется в двигателях с электронной системой управления.

Важнейшей системой 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.

Устройство топливной системы

Важнейшей системой 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.

Предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и действий водителя. По своей сути современный 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 сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п.

На современных авто применяются ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время они предъявляют высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах малы.

Форсунки

Они вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе. Тип распылителя определяет форму факела топлива, которая важна для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в 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

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.

Топливный фильтр — это простой и, одновременно, один из важнейших компонентов дизельного агрегата. Его рабочие параметры должны в точности соответствовать конкретному типу двигателя. Назначение фильтра — отделение конденсата (для этого предназначено нижнее сливное отверстие с пробкой) и устранение лишнего воздуха из системы (используется верхний насос подкачки). На некоторых моделях авто предусмотрена функция электрического подогрева топливного фильтра — это позволяет упростить запуск дизеля в зимний период.

Виды дизельных агрегатов

В современном автомобилестроении используются два типа дизельных силовых установок:

• двигатели с прямым впрыском;
• дизели с раздельной камерой сгорания.

У дизельных агрегатов с прямым впрыском камера сгорания интегрирована в поршень. Горючее впрыскивается в пространство над поршнем, после чего направляется в камеру. Прямой впрыск топлива обычно используется на низкооборотных силовых установках с большим рабочим объемом, где имеются сложности с процессом воспламенения.

Более распространены сегодня дизельные моторы с раздельной камерой. Впрыск горючей смеси производится не в пространство над поршнем, а в дополнительную полость, которая имеется в головке цилиндра. Такой способ оптимизирует процесс самовоспламенения. К тому же такой тип дизеля работает с меньшим шумом даже на самых высоких оборотах. Именно такие двигатели сегодня устанавливают на легковых автомобилях, кроссоверах и внедорожниках.

В зависимости от конструктивных особенностей дизельный силовой агрегат работает в четырехтактном и двухтактном циклах.

Четырехтактный цикл подразумевает следующие этапы работы силового агрегата:

Двухтактный цикл обычно используется при запуске дизельного агрегата. Суть его заключается в том, что такты сжатия воздуха и начало рабочего процесса у него укорочены. При этом поршень выпускает отработавшие газы через специальные впускные окна во время своей работы, а не после того, как опустится вниз. После принятия исходного положения осуществляется продувка поршня, чтобы удалить остаточные явления от горения.

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.

Принцип действия дизельного двигателя

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.

С началом работы дизеля приводится в действие турбокомпрессор за счет использования энергии выпускных газов.

Принцип действия дизеля и взаимодействие составных частей

Пуск дизеля производится путем придания вращения коленчатому валу электростартером через маховик, установленный на фланце коленчатого вала.

Вращение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней. Через шестерни, установленные на переднем носке коленчатого вала вращение передается на механизмы и узлы систем обеспечения рабочего процесса дизеля: механизм газораспределения, топливный насос высокого давления, насос масляный системы смазки и насос шестеренный гидравлической системы рулевого управления транспортного средства.

При ходе поршня вниз, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает заряд воздуха. После закрытия впускного клапана и движении поршня вверх происходит высокое сжатие воздуха. При этом температура воздуха резко возрастает. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании топливо мелко распыливается, перемешивается с горячим воздухом в цилиндре и испаряется, образуя топливо-воздушную смесь.

Воспламенение смеси при работе двигателя осуществляется в результате высокого сжатия воздуха до температуры самовоспламенения смеси. Впрыск топлива, во избежание преждевременной вспышки, начинается только в конце такта сжатия.

После сгорания топливо-воздушной смеси следует процесс расширения и очистка цилиндра от продуктов сгорания через выпускной клапан.

Согласованным открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов управляет механизм газораспределения.

С началом работы дизеля приводится в действие турбокомпрессор за счет использования энергии выпускных газов.

Привод водяного насоса системы охлаждения дизеля осуществляется посредством ременной передачи от шкива, установленного на носке коленчатого вала, к шкиву, установленному на валике водяного насоса.

Привод насоса шестеренного осуществляется зубчатой передачей распределительного механизма.

Компрессор 5336-3509012-02 имеет клиноременный привод. Привод компрессоров А29.01.000, А29.05.000А осуществляется зубчатой передачей распределительного механизма.

Съем вырабатываемой дизелем энергии (мощности) для привода транспортного средства, на которое он установлен, производится с маховика через сцепление.

Дизель в процессе работы обеспечивает автоматическое регулирование мощности для поддержания постоянной частоты вращения с помощью регулятора частоты вращения, установленного на топливном насосе высокого давления.

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Система питания дизеля

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

А теперь посмотрите обучающие и очень интересное видео о дизельном двигателе.

Турбодизель. Система турбонаддува.

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

• летний;
• зимний;
• арктический.

Дизельным двигателям удалось пройти длительный и успешный путь развития от неэффективных и загрязняющих экологию агрегатов начала двадцатого века, до супер экономных и абсолютно беззвучных, которые сегодня устанавливаются на добрую половину всех выпускаемых автомобилей. Но, несмотря на такие удачные модификации, общий принцип их действия, отличающий дизельные моторы от бензиновых, остался все тем же. Постараемся рассмотреть данную тему подробнее.

В чем основные отличия дизельных двигателей от бензиновых?

Уже видно из самого названия, что дизельные двигатели работают не на бензине, а на дизельном топливе, которое также называют соляркой, ДТ или просто дизелем. Вникать во все подробности химических процессов перегонки нефти мы не будем, скажем только, что и бензин и дизель производят из нефти. Во время перегонки нефть делится на различные фракции:

• газообразные – пропан, бутан, метан;
• нарты (короткие цепочки углеводов) – используются для производства растворителей;
• бензин – взрывоопасная и быстро испаряющая прозрачная жидкость;
• керосин и дизель – жидкости с желтоватым оттенком и более вязкой структурой, чем у бензина.

То есть солярка производится из более тяжелых фракций нефти, ее важнейшим показателем является воспламеняемость, определяемая цетановым числом. Также ДТ характеризуется большим содержанием серы, которое, однако, стараются всеми силами уменьшать, чтобы топливо соответствовало экологическим стандартам.

Как и бензин, дизель делится на разные виды в зависимости от температурных режимов:

• летний;
• зимний;
• арктический.

Стоит также заметить, что дизельное топливо производят не только из нефти, но и из различных растительных масел – пальмового, соевого, рапсового и др., смешанных с техническим спиртом – метанолом.

Однако, заливаемое топливо – это не главное отличие. Если мы посмотрим на бензиновый и дизельный двигатели “в разрезе”, то разницы никакой визуально не заметим – те же поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик и так дальше. Но разница есть и она очень существенная.

Принцип работы дизельного двигателя

В отличие от бензиновых, в дизеле совсем по другому принципу происходит зажигание воздушно-топливной смеси. Если в бензиновых – как в карбюраторных, так и инжекторных – движках сначала происходит приготовление смеси, а затем ее воспламенение с помощью искры от свечи зажигания, то в дизеле в камеру сгорания поршня нагнетается воздух, затем воздух сжимается, разогреваясь до температур 700 градусов, и вот в этот момент в камеру попадает топливо, которое тут же взрывается и толкает поршень вниз.

Дизельные двигатели – четырехтактные. Рассмотрим каждый такт:

Конечно, все это происходит очень быстро – несколько тысяч оборотов в минуту, требуется очень слаженная работа и подгонка всех узлов – поршней, цилиндров, распределительного вала, шатунов коленвала, а самое главное датчиков – которые в секунду должны передавать на CPU сотни импульсов для мгновенной обработки и вычисления необходимых объемов воздуха и солярки.

Дизельные двигатели выдают больший коэффициент полезного действия, именно поэтому их используют на грузовых авто, комбайнах, тракторах, военной технике и так далее. ДТ более дешевое, но нужно отметить, что сам двигатель обходится дороже в эксплуатации, потому что уровень компрессии здесь почти в два раза выше, чем в бензиновом, соответственно нужны поршни особой конструкции, а все используемые узлы, детали и материалы усиленные, то есть стоят дороже.

Также очень строгие требования предъявляются к системам подачи топлива и отвода отработанных газов. Ни один дизель не сможет работать без качественного и надежного ТНВД – топливного насоса высокого давления. Он обеспечивает корректную подачу топлива на каждую форсунку. Кроме того на дизелях используются турбины – с их помощью отработанные газы используются повторно, тем самым повышая мощность двигателя.

Есть у дизеля и некоторый ряд проблем:

• повышенный шум;
• больше отходов – топливо более маслянистое, поэтому нужно регулярно проводить замену фильтров, следить за выхлопом;
• проблемы со стартом, особенно холодным, используется более мощный стартер, топливо быстро густеет при понижении температуры;
• дорого обходится ремонт, особенно топливной аппаратуры.

Одним словом – каждому свое, дизельные двигатели характеризуются большей мощностью, ассоциируются с мощными внедорожниками и грузовиками. Для простого же горожанина, который ездит на работу – с работы и по выходным выезжает за город, хватит и маломощного бензинового движка.

Видео, на котором показан весь принцип работы дизельного двигателя внутреннего сгорания

Устройство дизельного двигателя представлено следующим образом. Начинается все с впускного клапана, посредством которого воздух может попасть в рабочие цилиндры. Поршень создает необходимое давление, чтобы попадаемый воздух нагрелся до требуемой температуры, а коленчатый вал воспринимает усилие, поступающее от поршня, и преобразует его в крутящий момент. Вот вкратце так и выглядит работа дизельного двигателя.

Принцип работы дизельного двигателя – выбираем тип камеры сгорания

Области для воспламенения топлива бывают двух типов, в зависимости от вида самого дизельного агрегата. Неразделенная камера сгорания находится в поршне, топливо же в этом случае впрыскивается в надпоршневое пространство. В этом случае вы можете рассчитывать на экономичность, так как расход горючей смеси будет минимальным, однако отрицательным моментом послужит повышенный шум, особенно во время холостого хода.

В разделенных камерах сгорания подача топлива осуществляется в отдельную камеру, которая посредством специального канала связана с цилиндром. Обеспечивается отличное перемешивание топлива с воздухом, только после этого оно уже подается в рабочее пространство, что способствует более качественному сгоранию смеси. Это повышает чистоту выбросов, долговечность мотора и мощность авто.

К основным составным частям дизель-генератора относятся: дизельный двигатель с системами обеспечения его работоспособности – охлаждения, подачи топлива и воздуха; альтернатор – синхронный или асинхронный генератор переменного тока; рама, на которой крепится оборудование; тент, кожух или контейнер, которые обеспечивают защиту от внешних воздействий; автоматический ввод резерва.

Ни одни строительные работы не могут обойтись без дизель-генератора. Он используется в качестве источника основного или резервного энергоснабжения. Это зависит от нестабильности или отсутствия централизованного электроснабжения на объектах. Дизельный генератор преобразует механическую энергию вращения вала дизельного двигателя в электрическую энергию, вырабатываемую генератором переменного тока. Не редко его приравнивают к дизельной электростанции или дизельэлектрическому агрегату, что не совсем верно.

Дизель-генератор состоит из конструктивно объединенных дизельного двигателя и генератора, в то время как электростанция может включать в себя несколько генераторов. Она обладает большей мощностью, которая достигает 3000 и более кВА. Генератор же имеет не более 50 кВА.

К основным составным частям дизель-генератора относятся: дизельный двигатель с системами обеспечения его работоспособности – охлаждения, подачи топлива и воздуха; альтернатор – синхронный или асинхронный генератор переменного тока; рама, на которой крепится оборудование; тент, кожух или контейнер, которые обеспечивают защиту от внешних воздействий; автоматический ввод резерва.

Источники энергоснабжения могут работать на бензине или дизельном топливе, солярке. Генерация тока происходит за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую. В отличие от бензина, дизельное топливо имеет высокий моторесурс (до 40 тыс. и более моточасов), длительное время эксплуатации и высокий коэффициент полезного действия (выше 50%). Оборудование такого устройства может работать без перерывов на охлаждение двигателя.

Стоит отметить, что мощность дизельных двигателей связана с габаритами, системами охлаждения и подачи воздуха. Существует два способа охлаждения: воздушное охлаждение, которое применяется в дизель-генераторах малой мощности, и жидкостное охлаждение. Выделяют три способа подачи воздуха: без турбонаддува, с турбонаддувом( турбокомпрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя, используя привод от выхлопных газов дизеля), с турбонаддувом и промежуточным охлаждением поступающего воздуха.

Ознакомиться с моделями дизель-генераторов можно в каталоге компании Они широко используют как производственные предприятия, так и объекты городской инфраструктуры: жилые и административные здания, школы, детские сады, торговые комплексы, больницы и т.д.