Всё о дизельных двигателях внутреннего сгорания: основные характеристики, принцип действия и устройство

Традиционно дизельные двигатели всегда воспринимались как шумные, вонючие и маломощные, используемые только в грузовиках, такси и фургонах. Но 80-х годах ситуация изменилась, так как современные дизельные ДВС и их системы управления впрыском(топливная аппаратура) стали более совершенными. В одной только Великобритании в 1985 году было продано почти 65000 дизельных автомобилей по сравнению с 1980 годом, когда было продали всего 5380.

Двигатель с воспламенением от сжатия

Основная масса дизельных двигателей имеют конструкцию, как у существующих бензиновых двигателей, но с усиленными компонентами, чтобы справиться с более высоким давлением.

Топливо в двигатель подается с помощью топливного насоса высокого давления и дозирующего устройства, насос, как правило, устанавливается на боковой стороне блока цилиндров. Для дизельных ДВС электрическая система зажигания не требуется.

Основным преимуществом дизельных двигателей над бензиновыми является их более низкая стоимость эксплуатации. От части это связано с большей эффективностью дизельного двигателя, из-за высокой степени сжатия, а частично из-за более низких цен на дизельное топливо — хотя в данный момент разница в цене на топливо меняется, так что преимущество дизельных автомобилей будет уменьшаться.

Увеличение мощности

Основной недостаток дизельного ДВС это его низкая производительность по сравнению с бензиновыми двигателями такой же мощности.

Для решения этой проблемы — можно увеличить размер двигателя, но это приведет к значительному увеличению веса автомобиля.

Сейчас же основные производители автомобилей добавляют турбокомпрессоры к своим двигателям, чтобы сделать их конкурентоспособными с точки зрения производительности.

Как работают дизельные двигатели

Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает немного иначе, по сравнению с бензиновым, они имеют одинаковые основные компоненты и работают в четырехтактном цикле. А основное отличие в том, как зажигается топливо, и как регулируется мощность двигателя.

В бензиновом двигателе топливо-воздушная смесь воспламеняется под действием искры. В дизельном ДВС воспламенение достигается путем сжатия топливной смеси. В современных дизелях степень сжатия составляет 20:1, у бензинового двигателя 9:1. Такое давление в цилиндре нагревает воздух до температуры, при которой воспламенение топлива происходит самопроизвольно.

Бензиновые ДВС потребляют разное количество воздуха на один ход всасывания, точное количество воздуха зависит от степени открытия дроссельной заслонки. В дизельном двигателе, через нерегулируемый впускной клапан, подается одинаковое количество воздуха при любой частоте вращения.

Такты дизельного двигателя

  1. Такт впуска — когда поршень движется вниз, в этот момент открыт впускной клапан, происходит всасывание воздуха, в момент, когда поршень достигает своей эффективной конечной точки, впускной клапан закрывается.
  2. Такт сжатия — поршень начинает перемещаться к верхней части цилиндра, под действием энергии тяжелого маховика и других поршней, при этом сжимая воздух в двадцать раз меньше своего первоначального объема, создавая давление около 40 бар.
  3. Рабочий такт — когда поршень достигает верхней точки своего хода, в камеру сгорания впрыскивается точно дозированное количество дизельного топлива. Тепло от сжатия воздуха, а это примерно 550 °С, немедленно воспламеняет топливо-воздушную смесь, заставляя её гореть и расширяться, при этом давление в цилиндре увеличивается до значения в 150 бар, а температура увеличивается до 2500 °С. Это заставляет поршень двигаться вниз, при этом вращая коленчатый вал двигателя.
  4. Такт выхлопа — когда поршень движется вверх по цилиндру, выпускной клапан открывается и позволяет отработанным газам выйти из двигателя по выхлопной трубе. В конце такта выпуска цилиндр готов к заряду свежего воздуха.

Устройство дизельного двигателя

Из-за более высоких нагрузок, основные компоненты дизельного двигателя  существенно усилены, по сравнению с бензиновыми двигателями, при этом выполняют те же функции.

Стенки блока цилиндров дизельного двигателя, как правило, намного толще, чем стенки блока бензинового ДВС, имеют большую жесткость металла, чтобы обеспечить дополнительную прочность и поглощать повышенные нагрузки. Помимо этого, массивные детали блока, помогают более эффективно снизить уровень шума.

Поршни, шатуны, коленчатый вал и крышки подшипников должны быть сделаны более мощными, чем их аналоги бензинового двигателя. Конструкция головки цилиндра отличается тем, что в неё устанавливаются топливные форсунки, а также из-за формы камеры сгорания и вихревыми камерами.

Впрыск топлива

Для того, чтобы дизельный ДВС работал плавно и эффективно, необходимо правильно перемешать топливо и воздух. Проблемы смешивания топлива с воздухом возникают, так как из-за разности моментов подачи воздуха и топлива в цилиндр двигателе, где воздух и топливо вводятся в различные моменты времени в течение цикла и должны быть смешаны внутри цилиндров.

Во время работы двигателя воздух и топливо вводятся в различные моменты времени и в течение разных циклов, так как они должны быть смешаны внутри цилиндров, из этого и возникает проблема смешивания воздушно-топливной смеси.

Существуют два основных способа подачи топлива:

  • прямой впрыск — когда топливо попадает непосредственно в камеру сгорания;
  • непрямой впрыск — когда топливо впрыскивается в предкамеру (вихревая камера).

В большинстве дизельных двигателей используется непрямой впрыск топлива, потому что это самый простой способ, при котором топливный спрей хорошо смешивается с сильно сжатым воздухом в камере сгорания.

В двигателе с непрямым впрыском имеется небольшая спиральная камера предварительного сгорания (вихревая камера), в которую инжектор впрыскивает топливо до того, как он достигнет самой основной камеры сгорания. Вихревая камера создает турбулентность в топливе, так что она лучше смешивается с воздухом в камере сгорания.

Недостатком этой системы является то, что вихревая камера становится частью камеры сгорания. Это означает, что камера сгорания в целом имеет неправильную форму, что вызывает проблемы с горением и затрудняет работу.

Непосредственный впрыск

Двигатель прямого впрыска не имеет вихревой камеры, в которую впрыскивается топливо — вместо этого топливо поступает прямо в камеру сгорания. Форма камеры проще, но в ней сложнее смешать воздух с топливом, а при сгорании такой смеси возникает характерный дизельный «стук».

Инженеры должны уделять очень пристальное внимание конструкции камеры сгорания в головке поршня, чтобы обеспечить достаточную турбулентность.

Контроль оборотов двигателя

Так как дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, как бензиновый двигатель, то количество всасываемого воздуха всегда одинаково, при любой частоте вращения. Частота вращения двигателя регулируется исключительно количеством топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, с большим количеством топлива в камере, сгорание происходит более агрессивно, за счет этого увеличивается скорость движения поршня и соответственно увеличиваются обороты двигателя.

Педаль акселератора подключается к дозатору системы впрыска двигателя, а не к дроссельной бабочке, как в бензиновом двигателе.

Остановка дизеля по-прежнему осуществляется поворотом ключа зажигания, который отключает электромагнитный клапан подачи топлива на инжекторный насос, отключает блока учета и распределения топлива.

Дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что имеют более высокую степень сжатия, которая оказывает более сильное замедление двигателя.

Запуск дизеля

Как и бензиновые двигатели, дизельные ДВС запускаются при помощи электрического стартера, который начинает цикл воспламенения от сжатия. Однако, когда на улице холодно, дизель трудно запустить, просто потому, что при сжатии холодного воздуха не достигается необходимая температуре, при которой воспламеняется топливо.

Чтобы устранить эту проблему в головку цилиндров устанавливают свечи накаливания. Это небольшие электрические нагреватели, питаемые от аккумулятора автомобиля, которые включаются на несколько секунд, перед запуском двигателя.

Свечи накаливания

Для предварительного нагрева головки блока цилиндров и блока двигателя во время холодного запуска дизеля используют свечи накаливания. Они выглядят как короткие свечи зажигания и подключены к электрической системе автомобиля. После подачи питания нагревательные элементы внутри нагреваются очень быстро.

Свечи накаливания активируются либо вспомогательным положением в замке зажигания, либо отдельным переключателем. Как только двигатель запуститься и обороты будут выше скорости холостого хода они автоматически выключаются.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно меньше очищено, что делает его более тяжелым, более вязкой и менее летучим.

В очень холодную погоду дизельное топливо может сгущаться или даже затвердеть. Это усугубляется тем фактом, что дизельное топливо может поглощать небольшое количество воды, которая может замерзнуть.

Любое сгущение или замораживание топлива может блокировать топливопроводы и форсунки и тем самым не дает запустить двигатель.

В качестве профилактического средства вы можете использовать добавку к топливу, которая заливается в топливный бак перед заправкой, хотя современно дизельное топливо уже содержит добавку и не вызывают никаких проблем  с запуском двигателя, при температурах наружного воздуха ниже 12-15 °С

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Всё о дизельных двигателях внутреннего сгорания: основные характеристики, принцип действия и устройство