Как работает дизельный двигатель

Принцип работы[править]

При первом такте (такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.

При втором такте (такт сжатия, поршень идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и воздух сжимается в объеме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится меньше в 17 раз по сравнению с общим объемом цилиндра, и воздух становится очень горячим.

Непосредственно перед началом третьего такта (такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсунки. При впрыске топливо распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняемой смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода. Впрыск продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого топлива на поршень.

Выпускной клапан открывается, когда начинается четвертый такт (такт выпуска, поршень идет вверх), и выхлопные газы проходят через выпускной клапан.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

  • Дизель с неразделённой камерой («дизель с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.
  • Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемых топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие худшей экономичности в последние два десятилетия идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.

Патент

История изобретения началась — на основании собственных расчетов Дизель написал небольшую брошюру о принципе работы предлагаемого им двигателя и принес в патентное ведомство заявку на свою идею. Через год заявка была удовлетворена.

С патентом и брошюрой в руках Дизель принялся искать предприятие для реализации своих замыслов. Наиболее благоприятные условия предложило предприятие Машиненфабрик Аугсбург-Мюнхен, или сокращенно MAN.

Рудольф Дизель


Предприятие обязалось нести все расходы по реализации патента, да еще платить Дизелю чрезвычайно высокую зарплату, пока он проводит испытания, — 800 марок в месяц. MAN приобрел права на производство, но без права переуступать другим.

Методика проверки дизеля в процессе покупки автомобиля

Выбрав предварительно автомобиль с устраивающим желания дизелем следует приступить к изучению двигателя.

При покупке нового автомобиля методика проверки проще и состоит из частей общей методики для подержанного автомобиля.

Проверку лучше разбить по шагам.

  1. На этом шаге необходимо провести осмотр дизеля на присутствие потёков жидкостей характерных для перегрева двигателя. Лучше если потёки будут отсутствовать на сальниках и в других проверяемых местах.
  2. Надо снять патрубок, которым соединён воздушный фильтр с коллектором впуска, а если дизель турбированный, то с турбиной. Если в патрубке обнаруживаются следы масла, то возможен износ, который бывает, значителен цилиндропоршневой группы или в лучшем случае сильно грязен воздушный фильтр.
  3. Следует запустить дизель и если не запустится с первого раза, то возможен скрытый дефект. Повторить запуски движка через разные интервалы, не трогая педаль газа:
    • Запуск нормальный, тогда на холостых оборотах надо смотреть выхлопные газы. Допускается небольшой выброс дыма при первом пуске мотора, но далее он не должен присутствовать в выхлопных газах.
    • Тихое постукивание при работающем дизеле допустимо, остальные звуки должны быть приемлемыми.
    • На холостом ходу надо увеличить обороты до 3000-4000 в минуту, дёрганье и вибрации не допустимы. Цвет выхлопа не должен быть сизым, иначе выставлено позднее зажигание, другие неточности настроек агрегата.
    • Если на холостом ходу резко газануть и при высоких оборотах появился сизый выхлоп и вибрация, то на этих режимах будет потеря мощности.
    • Если выхлоп чёрный, движок стучит, то не следует далее интересоваться такой машиной.

Особенности и требование к дизельному топливу

Процесс воспламенения в дизельном агрегате происходит самостоятельно, свеча зажигания из него полностью исключена. Для подогрева воздуха, поступающего в цилиндр, может быть установлена свеча накаливания, сделано это с целью помочь мотору быстрей прогреться, при холодном запуске. При прогреве установки, свечи отключают.

Устройство топливной системы дизельного двигателя, в частности, требования, предъявляемые к ней, в основном зависят от специфических особенностей топлива. Дизель представляет собой смесь фракций, в основном керосина и газойля, полученных после извлечения из нефти бензина.


Солярка, в сравнении с бензином, обладает такими свойствами и требованиями:

Большой вязкостью, в результате чего процесс воспламенения проходит медленней; Высокой температурой кипения, следовательно, испаряемость её ниже; Способность самостоятельно воспламеняться, пожалуй, самое главное свойство. Показатель оценивается цетановым числом, в современных видах топлива оно имеет значение 45-50, чем оно выше, тем лучше топливо. Чистота, это одно из главных условий нормальной подачи топлива в силовую установку. Она осуществляется посредством топливного насоса, создающего высокого давления (ТНВД), он сжимает солярку, повышая давление, после чего форсунка подаёт и распыляет её в виде тумана непосредственно в камере сгорания. Смешиваясь с горячим воздухом и одновременно сжимаясь до давления от 3 до 5 МПа, топливо само воспламеняется. При несоблюдении чистоты, подача топлива будет сильно усложнена, как результат, вся работа системы нарушена и остановлена

Поэтому в дизельных моторах очень важно использовать качественные фильтры очистки горючего от механических примесей, парафина, воды. Высокая плотность; Хорошая смазывающая способность, благодаря которой срок службы дизельных силовых установок намного превосходит бензиновые аналоги; Температура застывания. Этот показатель позволяет разбить топливную смесь на сорта: летние, зимние, арктические.

Двухтактный цикл[править]

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, используется двухтактный цикл.

Пусть поршень находится в нижней мёртвой точке и цилиндр наполнен воздухом. Во время хода поршня вверх воздух сжимается; вблизи верхней мёртвой точки происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется. Затем происходит рабочий ход — продукты сгорания расширяются и передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мёртвой точки происходит продувка — продукты сгорания замещаются свежим воздухом. Цикл завершается.

Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой. Существует также клапанно-щелевая продувка, когда отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха. Есть ещё двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня (оппозитная схема); каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (такая система использовалась на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10, танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80), 6ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Юнкерс).

Поскольку в двухтакном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать существенного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать. В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100 000 л. с.

История[править]

Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия, Аугсбург,

Патент, выданный Рудольфу Дизелю на его изобретение

В году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Интересно, что в написанной им книге в качестве идеального топлива предлагалась каменноугольная пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; а также большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в емкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи.

Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность. Может, это и было причиной того, что используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20—30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высокооборотных агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения

Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях, В 50 — 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьезное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизеля на легковых и грузовых автомобилях, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время предлагают как минимум по одной модели с дизельным двигателем.

Эксплуатационные качества

К тому же многим не по душе такие качества дизельных моторов, как меньшие мощность и диапазон рабочих оборотов, более высокий уровень шума и вибраций. Бензиновый двигатель действительно обычно превосходит в производительности, в том числе и литровой мощности, аналогичный дизель. Мотор рассматриваемого типа при этом имеет более высокий и ровный график крутящего момента. Повышенная степень сжатия, обеспечивающая больший крутящий момент, вынуждает применять более прочные детали. Так как они тяжелее, снижается мощность. К тому же это сказывается на массе двигателя, а следовательно, и автомобиля. Небольшой диапазон рабочих оборотов объясняется более длительным возгоранием топлива, вследствие чего на высоких оборотах оно не успевает догореть. Повышенный уровень шума и вибраций вызывает резкое нарастание давления в цилиндре при воспламенении. Основными достоинствами дизелей считают более высокую тяговитость, экономичность и экологичность. Тяговитость, то есть высокий крутящий момент на малых оборотах, объясняется сгоранием топлива по мере впрыска. Это обеспечивает большую отзывчивость и облегчает эффективное использование мощности. Экономичность обусловлена как низким расходом, так и тем, что топливо для дизеля дешевле. К тому же возможно использовать в качестве него низкосортные тяжелые масла благодаря отсутствию строгих требований к испаряемости. А чем топливо тяжелее, тем выше эффективность мотора. Наконец, дизели работают на бедных смесях в сравнении с бензиновыми моторами и при высокой степени сжатия. Последнее обеспечивает меньшие потери тепла с отработанными газами, то есть большую эффективность. Все данные меры снижают расход топлива. Дизель, благодаря этому, тратит его на 30-40% меньше. Экологичность дизелей объясняется тем, что в их выхлопных газах ниже содержание окиси углерода. Это достигается применением сложных систем очистки, благодаря чему сейчас бензиновый двигатель соответствует тем же экологическим нормам, что и дизель. Мотор такого типа ранее значительно уступал бензиновому в данном отношении.

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.

Проверка компрессии двигателя и других параметров

Иногда в дополнение к методике, представленной выше желательно проверить некоторые параметры двигателя экспресс методами, не претендующими на абсолютную точность. Иногда эти методы дают полезные результаты.

Если нет прибора, то возможно оценить компрессию, хотя бы на «глаз». Надо включить двигатель, снять аккуратно крышку горловины дизеля и просто положить её на горловину. Если газы отбрасывают крышку, компрессия видимо не в норме. Качественную диагностику производят только на СТО специалисты.

Если завести мотор, радиатор заполнен антифризом по норме, дождаться открытия термостата и смотреть выходят или нет пузырьки воздуха в горловину радиатора на работающем двигателе. Появление пузырей свидетельствуют о повреждениях в блоке цилиндров.


Состояние некоторых агрегатов дизеля можно приблизительно оценить при осмотре работающего двигателя на автомобиле.

Для определения состояния поршневой системы необходимо на разогретом агрегате резко довести обороты до 3000 на 5 секунд, если не дымит выхлопная труба, то резко поднять до 4200 оборотов и держать 3 секунды. Если дыма нет, поршневая система и турбина работают нормально.

Но если есть дым, то будет повышенный расход масла. Чем больше черного дыма, тем меньше тяговые характеристики.

Проверка насоса ТНВД сводится к определению способности, заводится разогретому двигателю, если с напряжением стартует, то насос неисправен.

Проверенный перечисленными способами двигатель надо считать условно прошедшим тестирование, тщательная проверка возможна только в сервисной организации.

На вопрос как проверить дизельный двигатель при покупке авто с максимальной полнотой ответ прост — надо обратиться в сервисный центр.

Конструкция


Принцип работы дизельного двигателя заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в механическую работу.

Способ приготовления и воспламенения топливной смеси – это то, чем отличается дизельный двигатель от бензинового. В камерах сгорания бензиновых моторов, приготовленная заранее топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью подаваемой свечой зажигания искры.

Особенность дизельного двигателя заключается в том, что смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания. Рабочий такт осуществляется путем впрыскивания под огромным давлением дозированной порции топлива. В конце такта сжатия реакция нагретого воздуха с дизтопливом приводит к воспламенению рабочей смеси.

Двухтактный дизельный двигатель имеет более узкую сферу применения. Использование одноцилиндрового и многоцилиндрового дизелей такого типа имеет ряд конструктивных недостатков:

  • неэффективную продувку цилиндров;
  • повышенный расход масла при активном использовании;
  • залегание поршневых колец в условиях высокотемпературной эксплуатации и прочие.

Двухтактный дизельный двигатель с противоположным размещением поршневой группы имеет высокую первоначальную стоимость и очень сложен в обслуживании. Установка такого агрегата целесообразна лишь на морских судах. В таких условиях, благодаря небольшим габаритам, малой массе и большей мощности при идентичных оборотах и рабочем объеме, двухтактный дизельный двигатель более предпочтителен.

Одноцилиндровый агрегат внутреннего сгорания широко применяется в домашнем хозяйстве в качестве электрогенератора, двигателя для мотоблоков и самоходных шасси.

Такой тип получения энергии налагает определённые условия на устройство дизельного двигателя. Он не нуждается в бензонасосе, свечах, катушке зажигания, высоковольтных проводах и прочих узлах, жизненно необходимых для нормальной работы бензинового ДВС.

В нагнетании и подачи дизтоплива участвуют: топливный насос высокого давления и форсунки. Для облегчения холодного пуска современные моторы используют свечи накала, которые предварительно подогревают воздух в камере сгорания. Во многих автомобилях в баке устанавливается вспомогательный насос. Задача топливного насоса низкого давления в том, чтобы прокачать топливо от бака к топливной аппаратуре.

Фильтр тонкой очистки топлива

Для окончательной  очистки топлива на дизеле установлен фильтр тонкой очистки ФТ – 75А.

Который представляет собой чугунный корпус, в который ввернут штуцер. На штуцер устанавливается неразборной бумажный фильтрующий элемент ЭФТ – 75А. Фильтрующий элемент закрывается стаканом, который поджимается к корпусу стяжным болтом. Для уплотнения между корпусом и стаканом установлено кольцо. Отверстие для стяжного болта для слива топлива из фильтра закрыто пробкой. В отверстия корпуса фильтра ввернуты болты крепления топливопровода. На корпусе фильтра для выпуска воздуха при заполнении системы топливом имеется продувочный вентиль, состоящий из специального болта, шарика и иглы.

Нагнетаемое подкачивающим насосом топливо по топливопроводу поступает в фильтр. Пройдя через фильтрующий элемент, чистое топливо по каналу стяжного болта поступает в топливопровод подвода топлива к ТНВД.


С этим читают