Принцип работы дизельного двигателя

+7 (343) 302-00-43

Многие люди смогут отличить работу дизельного двигателя по его характерному шуму при работе и характерному черному дыму из выхлопной трубы. Но стоит спросить о возможной причине стука или дыма, и единицы смогут дать точный и верный ответ. Первым шагом при диагностировании неисправностей является знание и понимание основных принципов работы дизеля.

Дизельные двигатели схожи по конструкции с бензиновыми двигателями и тоже работают по двух- или четырехтактным циклам. Только есть существенное отличие: двухтактные бензиновые двигатели применяются на маленьких и легких агрегатах, например как мопед, бензопила, маленькая моторная лодка, а 2-тактные дизеля используются в основном для очень крупных и низкооборотных агрегатов, например судовых двигателей.

Всасывание и воспламенение.

Главные отличия дизеля от бензинового ДВС — это подача топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр и способ воспламенения. В бензиновом двигателе бензин смешивается с воздухом до того, как смесь попадает в цилиндр, далее образованная смесь поджигается в нужный момент свечой зажигания. Практически во всех режимах дроссельная заслонка дозирует воздушный поток и, соответственно, поступающую в двигатель смесь.

История дизельного двигателя.

В последующие годы растет популярность дизеля на легковых и грузовых машинах, не только из-за долговечности и экономичности дизеля, а также из-за малой токсичности отработанных газов. Все основные европейские авто-производители в настоящее время предлагают модели с дизельным силовым агрегатом.

Как работает дизель.

В первом такте (впуск), поршень опускается вниз, порция воздуха затягивается в цилиндр через впускной клапан.

Во втором такте (сжатие), поршень поднимается вверх, впускной и выпускной клапана закрыты, воздух сжимается в среднем в 17 раз (от 14 до 24), т.е. начальный объем уменьшатся в 17 раз, и воздух сильно нагревается.

В начале третьего такта (рабочий ход) поршень опять опускается вниз, топливо поступает в камеру сгорания через форсунки. Топливо распыляется на мельчайшие частицы, смешивающиеся со сжатым воздухом для образования самовоспламеняющейся смеси. При движении поршня энергия сгорания высвобождается.

Выпускной клапан открывается, в начале четвертого такта (выпуск) поршень поднимается вверх, и отработанные газы выходят через выпускной клапан.

Плюсы и минусы дизельных двигателей.

Бензиновый двигатель очень неэффективен и преобразует в полезную работу не более 26% энергии топлива. Дизельный же двигатель имеет КПД равный 36%. Дизельное топливо обычно дешевле.

Отсутствие электрического зажигания является преимуществом для всех видов двигателей, увеличивается надежность, уменьшается токсичность выхлопных газов, что особенно важно. Дизельный силовой агрегат выдает большой крутящий момент в наиболее широком диапазоне оборотов, что наделяет дизельный автомобиль большей «гибкостью» при движении. Это является неоспоримым преимуществом и в корабельных двигателях , т.к. большой крутящий момент при малых оборотах облегчает эффективное применение мощности двигателя.

Есть и иные преимущества. Выхлопные газы дизеля являются более «чистыми» по сравнению с газами, выделяемыми бензиновым двигателем. Окиси углерода практически нет в отработанных газах дизеля, поэтому ядовитыми газами, являются углеводороды, окислы азота и сажа (тот самый четный дым). Они приводят к астме и заболеваниям легких. Больше всего “чадят” атмосферу дизели автобусов и грузовиков, которые являются старыми и часто не отрегулированными.

Прочим важным вопросом, касающимся безопасности, является то, что дизтопливо нелетучее, и, таким образом, возможность возгорания дизельных двигателей очень мала.

Безусловно, есть и недостатки, среди них характерный стук при работе и «жирное» топливо и некоторые проблемы с заведением зимой. Но они замечаются только владельцами “дизелей”, а для постороннего человека практически не видны.

Механизм привода впускных и выпускных клапанов обычный, так же как и привод распределительного вала с тем отличием, что распредвал вращает и ТНВД на некоторых двигателях. Обычно привод с зубчатым ремнем, цепной или на шестернях.

Из-за постоянной конкуренции с бензиновыми двигателями, большинство дизелей имели предкамерный тип впрыска, в котором сгорание смеси начинается предкамере).

Опять следует отметить вихрь воздуха, поступаемого в предкамеру. Предкамера находится внутри ГБЦ, и форсунка входит в нее. Данные двигатели не дают экономии топлива, как у силовых агрегатов с непосредственным впрыском, и они тяжелее заводятся в холоде. Но они тише и мягче работают, что является одним из главных условий для автомобильного дизельного двигателя.

Форсунки, оснащенные специальными соленоидными клапанами, могут управляться другим образом. Вместе с большим давлением впрыска, которое существует и на малых оборотах, изменяемый впрыск обеспечивает улучшенное образование горючей смеси топлива в цилиндрах. Результатом является лучшая топливная эффективность и сниженная токсичности выхлопных газов.

Версия для печати

Как с нами связаться

ООО «Чистодел-Дизель»

г. Арамиль, ул. Гарнизон, д. 17В

Географические координаты:

8 800 200 0921

(звонок по РФ бесплатный)

+7 (343) 302-00-43

+7 (343) 345-60-14

ekatdiezelyandex.ru

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.

Типы дизельных двигателей

Существует несколько типов дизельных моторов. Различие в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применяется на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить экономичность, снизить шум и вибрацию.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Такие двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на современные автомобили.

Если рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала т.е. за два хода поршня, то такой двигатель называется двухтактным. В четырехтактном двигателе в цикле два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и следующие такты: впуск, сжатие, расширение (рабочий ход) и выпуск.

Индустриальные двигатели Yanmar

В ассортименте индустриальных двигателей Yanmar серия L представляет двигатели воздушного охлаждения, а серия TNV – жидкостного. Первые применяются в насосах, небольших генераторах, малом строительном и сельскохозяйственном оборудовании. TNV – в более мощном энергогенерирующем оборудовании, строительной (экскаваторах, погрузчиках, асфальтовых катках) и сельхоз- технике (тракторах, комбайнах), холодильных установках и многом другом.

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

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.

Подобный принцип работы дизеля позволяет использовать более доступные и дешевые (до недавнего времени 🙂 ) виды топлива, снижая уровень затрат на его обслуживание и заправку.

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.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей:

Благодаря высокой эффективности дизельный двигатель широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.е. способностью развивать номинальный крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей:

Основными направлениями совершенствования дизельных двигателей являются снижение расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума, повышение мощности двигателя, облегчение холодного запуска. Для реализации этих требований на современных дизельных двигателях применяется ряд систем: Common Rail, впускная и выпускная системы, рециркуляции отработавших газов, турбонаддув, предпускового подогрева.

Система впрыска Common Rail предполагает накопление топлива в аккумуляторе высокого давления и его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла.

Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в отработавших газах сажи, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается сажевый фильтр. Накапливаемая в фильтре сажа удаляется путем регенерации.

Система рециркуляции отработавших газов предназначена для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности работы системы отработавшие газы принудительно охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя.

Впускная система дизельного двигателя может оборудоваться впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте – открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов.

Наиболее эффективной системой повышения мощности дизельного двигателя является турбонаддув. Для создания оптимального давления наддува на всех режимах работы двигателя в системе используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины.

Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодное время применяется система предпускового разогрева, представляющая собой электронно-управляемые свечи накаливания, установленные во впускном коллекторе. Дополнительно на автомобиль может устанавливаться подогреватель дизельного топлива.

В прошлом был распространен механический впрыск горючего, затем появилась система на основе насоса-форсунки. Теперь более известен проект Common Rail.

Конструктивные отличия

По основному устройству дизели подобны бензиновым инжекторным моторам. Но вес подобных деталей дизеля по сравнению, с работающими на бензине, больше и лучше переносят высокое давление.

Дизели отличаются своими поршнями. Их форма диктуется разновидностью к/с и по ней просто выявить для какого двигателя предназначен этот поршень.К/с обычно располагается в поршне, верх которого, достигая ВМТ, выступает выше плоскости блока цилиндров.

Дизели характеризуется сжатием в 21±3 единицы, бензиновый – 10±1 единица. Он имеет принципиальную разницу над двигателем на бензине в формировании, воспламенении и сгорании горючей смеси.

Воздух и топливо в дизелях подается раздельно. Почти у всех современных дизелей имеется система наддува, повышающая его возможности. Чтобы оптимизировать наддув при любых оборотах, геометрия турбонагнетателей делается изменяемой. КПД, крутящий момент и вес агрегатов дизеля больше бензиновых.

Таким образом, очевидно, что использование некачественного топлива приводит к угрозе выхода из строя топливного насоса и форсунок, а при неудачном стечении обстоятельств — и к повреждению самого двигателя. Все это дополнительные расходы для предприятия, которые можно избежать, если подходить к выбору топлива ответственно.

Исходя из эксплуатационных издержек, дизельный двигатель сегодня является одним из самых экономичных, поэтому он и стал наиболее распространенным типом ДВС для грузового автотранспорта. Большинство транспортных предприятий и производственных копаний построили свою работу на автопарке с дизельными двигателями.

Следуя рекомендациям по эксплуатации дизельного двигателя, проводя регулярный технический осмотр, а также используя качественное топливо, можно значительно продлить срок службы дизельного двигателя, снизить убытки компании, связанные с вынужденным простоем транспорта из-за поломок, а также сократить расходы на ремонт.

Таким образом, очевидно, что использование некачественного топлива приводит к угрозе выхода из строя топливного насоса и форсунок, а при неудачном стечении обстоятельств — и к повреждению самого двигателя. Все это дополнительные расходы для предприятия, которые можно избежать, если подходить к выбору топлива ответственно.

Андрей Новоченко, Руководитель сервисной службы Volvo Car Белгород

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).

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Подача топлива

Система впрыска топлива находится в самом сердце дизельного двигателя. Система нагнетает и впрыскивает топливо в камеру сгорания с воздухом под большим давлением.

Система впрыска дизельного топлива включает в себя:

• ТНВД — нагнетает давление топлива
• Топливопровод высокого давления — подает топливо в топливную форсунку
• Топливная форсунка — впрыскивает топливо в цилиндр
• Топливоподкачивающий насос — подает топливо из бака
• Топливный фильтр — фильтрует топливо

В некоторых баках на дне фильтра находится седиметр, отделяющий воду от топлива.

Функции системы

Четыре основные функции системы впрыска дизельного топлива:

Подача топлива

Такие элементы насоса, как цилиндр и плунжер, встроены в корпус впрыскивающего насоса. Когда плунжер под воздействием кулачка поднимается, топливо под высоким давлением подается в инжектор.

Регулировка количества топлива

В дизельных двигателях забор воздуха происходит практически постоянно, вне зависимости от скорости вращения или нагрузки. Если количество впрыска меняется вместе со скоростью двигателя, а регулировка впрыска остается неизменной, то мощность и расход топлива изменятся. Эффективная мощность двигателя почти пропорциональна количеству впрыска, и это регулируется при помощи педали газа.

Установка момента впрыска

Задержка впрыска — это время между моментом впрыска топлива, зажигания и сгорания и моментом достижения максимального давления сгорания. Вне зависимости от скорости двигателя этот период времени остается постоянной величиной. Для изменения момента впрыска используется таймер, что помогает достичь оптимального сгорания.

Распыление топлива

Когда впрыскивающий насос нагнетает давление топлива, которое потом распыляется через распылитель форсунки, то топливо полностью смешивается с воздухом, что улучшает зажигание. Результат — полное сгорание.

Принцип работы дизельного двигателя

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