Устройство, принцип работы и схема дизельного двигателя

Устройство, принцип работы и схема дизельного двигателя

В настоящее время силовые агрегаты, работающие на дизельном топливе, также популярны как бензиновые «собратья». Они устанавливаются под капотом легковых и грузовых автомобилей, автобусов и спецтехники, на водных судах и в генераторных установках.

Однако совсем недавно к дизельному двигателю было иное отношение. На российский авторынок поставлялись легковые машины зарубежных производителей, укомплектованные только бензиновыми ДВС. С конвейеров российских автозаводов сходили автомобили, работающие только на бензине

В нашей статье рассмотрим особенности конструкции дизельных двигателей, принцип работы таких силовых установок, разберём плюсы и минусы. Также объясним причину неприязненного отношения к дизелю в России.

Экскурсия в историю

Дизельный двигатель, так же, как и бензиновый агрегат, имеет давнюю историю. Она началась в XIX веке, в 1824 году с идеи французского физика и математика С. Карно. В её основе заложен процесс воспламенения горючего после его резкого сжатия в замкнутом пространстве под действием высокой температуры.

Однако на практике реализовать это изобретение не удавалось в течение длительного времени. Только в 1892 году её воплотил в жизнь изобретатель из Германии Р. Дизель, получивший патент на производство агрегата, в основе которого лежала идея С. Карно.

Через 5 лет, в 1897 году, после ряда неудачных попыток была создана, впоследствии получившая имя своего изобретателя, двигатель дизель. Мотор привлёк всеобщее внимание к себе высокой по тем временам производительностью по сравнению с имеющимися паровыми установками, небольшим потреблением горючего.

Но дизельный мотор в те времена не нашёл широкого применения в машиностроении из-за больших габаритов и массы. Легковые и прочие автомобили небольших размеров по-прежнему комплектовались бензиновыми агрегатами. Дизель моторный устанавливался в основном на грузовики средней и повышенной грузоподъёмности, водные суда, тепловозы и т.д.

Переломными стали семидесятые годы прошлого столетия. Бушевавший в это время нефтяной кризис породил повышение цен на бензин, что побудило производителей машин вновь вернуться к дизельным ДВС.

Разработчиками компаний по производству автомобилей было проведено усовершенствование прежних дизельных движков: были уменьшены размеры моторов, снижен вес.

Достоинства новых дизелей оставались прежними:

• Экономичность.
• Высокое КПД.
• Лучшая чистота выхлопов по сравнению с бензиновыми ДВС.

Последний фактор также стал причиной повышенного внимания к производству дизелей. В конце прошлого века ужесточились требования международных организаций к производителям машин по экологической чистоте. Дизельные агрегаты соответствовали установленным нормативам содержания токсичных веществ в продукте отработки.

Сейчас в модельных линейках практически всех компаний по производству автомобилей есть модели с дизельными агрегатами. Ими комплектуются обычные легковые машины, кроссоверы, внедорожники. Дизеля всё так же размещаются на коммерческих машинах, больших грузовиках, технике специального назначения.

Конструкция

Перейдём к описанию конструкции двигателя дизеля. Оставим в стороне эволюцию развития дизельного агрегата, рассмотрим устройство ДВС дизеля современного образца.

Не будем перечислять все составляющие мотора дизеля, назовём основные части:

• Цилиндропоршневая группа (ЦПГ), состоящая из поршней и цилиндров, шатунов и вкладышей и т.д. Это – основной механизм двигателя внутреннего сгорания дизеля, задействованный на трансформации энергии давления газообразных веществ в механическую работу коленчатого вала.

• Топливные форсунки – отвечающие за впуск дизтоплива в цилиндры.

• Турбокомпрессор – устройство, благодаря которому силовой агрегат увеличивает КПД работы двигателя.
• Интеркулер – один из элементов системы подачи воздуха в цилиндры, отвечающий за охлаждение воздушного потока до заданной температуры.
• Группа коленвала – в неё входят сам коленчатый вал, маховик, демпфер, а также распределительная звёздочка, приводные шестерни. Эти компоненты дизельного моторного узла за счёт механической энергии приводят в движение транспортное средство.

• Узел газораспределения – организующий работы впускных и выпускных исполнительных механизмов. Он состоит из клапанов, толкателей, шестерёнок, а также распределительных валов, рычагов, штанг и др.

Немаловажную роль в работе дизельного двигателя играют топливный и воздушный фильтры, стартер-генератор, а также редуктор, муфта гребного вала, воздухозаборники и другие детали.

Конструкция моторного дизеля имеет прочную металлическую оболочку, защищающую её от механических повреждений. В нижней её части расположен картер.

Особую роль выполняют фильтрующие элементы по топливу и воздуху. Они отсеивают попавшие в составные части горючей смеси сор, загрязнения, ненужные вещества, защищают тем самым дизель моторный от повреждений.

Как работает дизельный двигатель

Рассмотрим вкратце принцип работы дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Процесс выглядит следующим образом:

• В момент перемещения поршня в нижнее положение через впускной клапан подаётся воздух.
• На следующей стадии поршень поднимается к верху, сжимая при этом давлением 40 кг/см попавший в цилиндр воздух. Температура последнего поднимается до 500-700°C.
• В этот момент приступают к работе топливные форсунки. Они впрыскивают в цилиндр через распылитель дизельное топливо.
• ДТ, или как его называют в народе, солярка, от высокой температуры воздуха воспламеняется согласно закону уже упомянутого нами С. Карно.
• Полученное пламя за счёт взрывной реакции приводит в движение поршень, который через шатун запускает в работу коленчатый вал.
• Поршень на следующем этапе поднимается к верхней точке, выталкивая продукт отработки через клапана выпуска. На этом завершается цикл работы дизельной установки.

Подобные циклы многократно повторяются на протяжении всей работы дизеля.

В настоящее время в устройстве дизеля большинства производителей расположена турбина или турбокомпрессор. Рассмотрим отдельно конструкцию и особенности работы этой детали.

Турбо дизель – особенности конструкции, принцип работы

Во многом мощность и производительность дизельной установки зависит от эффективности работы турбины.

Она состоит из следующих компонентов:

• Колеса компрессора.
• Роторного вала.
• Колеса турбины.
• Подшипников скольжения.
• Перепускного клапана.
• Корпуса.

Составными частями детали являются турбина и компрессор. Первая из них трансформирует энергию продуктов отработки, выхлопных газов, вторая – направляет сжатый воздух в цилиндры мотора.

Наличие высокотемпературного режима внутри устройства подразумевает производство компонентов турбокомпрессора из термостойких материалов высокого качества.

Турбина работает следующим образом:

• Газы, образованные в результате сгорания топлива, выходят в выпускной коллектор, из него по каналу поступают в «улитку».
• В ней они разгоняют колесо до высокой (250 000 об/мин) скорости.
• Увеличенное вращательное движение позволяет втянуть извне повышенное количество воздуха, необходимого для воспламенения горючего. Повышенный объём воздушных масс разгоняет до большей скорости роторный вал.

Подобный круговорот позволяет значительно, до 30-40%, поднять мощность дизельного ДВС, снизить расходы ДТ.

Разница между бензиновыми и дизельными агрегатами

Отличием работы дизельного двигателя от бензинового ДВС является отсутствие системы зажигания и её основных компонентов свечей, образующих искры. Процесс воспламенения осуществляется путём сжатия дизельного топлива в зоне действия критических температур.

Другим характерным отличием dizel motor от агрегатов на бензине является поэтапная подача компонентов сгорания. Вначале в цилиндры запускается воздух, после его разогрева до предельных температур в камерах распыляется дизтопливо.

Устройство дизельного двигателя лишено также и дроссельной заслонки, что позволяет иметь большой крутящий момент и, соответственно, высокую производительность.

Система подачи дизельного топлива состоит из небольшого количества деталей. Горючее находится в баке, откуда с помощью насоса низкого давления (ТННД) попадает в топливную магистраль, в которой действует высокое давление благодаря работе другого насоса ТНВД.

Дальше ДТ поступает в форсунки, распыляющие его в цилиндры.

Большинство типов дизельных двигателей оснащено турбиной или, как её ещё называют, турбокомпрессором. Эта деталь в принудительном порядке нагнетает полученный из воздухозаборников воздух в повышенном объёме, что способствует эффективности сгорания дизтоплива в цилиндрах.

Применение турбины позволяет сократить потребление ДТ, увеличить мощность силовой установки при сохранении габаритов дизеля. Топливо в этом случае сгорает полностью.

Со стороны кажется, что схема работы дизельного двигателя проще. Однако это обманчивое впечатление. Для впрыска ДТ требуется высокое давление, что обуславливает повышенные нагрузки на компоненты силовой установки. По этой причине для производства дизельных двигателей используются высококачественные термостойкие материалы. К сборке дизелей предъявляются повышенные требования.

Что будет, если в дизельный мотор залить бензин

Многие из читателей прослышаны о проблемах с дизельным топливом в России. Вполне естественно, что у них возникает вопрос, не проще ли заливать в дизеля бензин, поскольку он худо-бедно соответствует международным нормативам.

Увы, такое решение проблемы невозможно. Дело упирается в свойства горючего материала. Напомним, что в бензиновых моторах воздушно-топливная смесь воспламеняется от искры свечей зажигания. Однако высокие температуры, присутствующие в двигателе, провоцируют углеводородную смесь на преждевременное возгорание. Это может привести к некорректной работе силовой установки, сбоям в работе транспортного средства. Тем не менее относительная стойкость бензина позволяет избежать несанкционированного воспламенения.

Солярка также состоит из углеводородов, но других видов. Она обладает высоким цетановым числом, легко возгорается, что и требуется для двигателя турбодизеля.

Поэтому применение бензина в этих дизельных моторах малоэффективно. Экспериментальные попытки использовать бензин вместо ДТ заканчиваются плачевно для дизеля и его владельца.

Вначале агрегат будет работать на остатках солярки, затем мощность постепенно будет падать, появятся стуки, мотор начнёт вибрировать. Результат – затратный ремонт «движка».

Достоинства и недостатки мотора дизель

Подведём некоторые итоги: рассмотрим достоинства и недостатки дизельных двигателей.

Начнём с плюсов:

• Высокий коэффициент полезного действия по сравнению с работой бензиновых «коллег» благодаря особому способу воспламенению и конструктивным отличиям.
• Экономичный расход дизтоплива. Моторы, работающие на солярке, потребляют на одну треть меньше горючего материала, чем бензиновые ДВС.
• Более чистый выхлоп. Эффективность сгорания топлива снижает количество токсичных газов в продукте отработки.
• Увеличенный срок службы. Дизельные двигатели при должном техническом обслуживании и корректной эксплуатации способны сохранить свои рабочие качества в течение длительного времени.
• Улучшенная динамика в движении автомобиля. Наличие большего крутящего момента даёт возможность оперативно набрать скорость, позволяет демонстрировать высокие тяговые характеристики.

Однако эти дизеля не лишены и недостатков.

Назовём основные минусы:

• Повышенная цена дизельных ДВС.
• Увеличенные затраты на ремонт, чем на восстановление бензиновых моторов.
• Долгий прогрев дизельной силовой установки в зимний сезон.

Также минусом дизелей считается высокая требовательность моторов к качеству дизтоплива. Именно этот недостаток, плохое качество ДТ на российских заправках, приводит к тому, что зарубежные компании по производству автомобилей не отправляют на наш авторынок дизельные модификации.

Проблемы дизельных ДВС в России

Советский, а затем и российский автопром практически не производил и не производит автомобили, кроме грузовых, с дизельными моторами. Единичные попытки производства на экспорт: Москвич-21413 «Алеко», трёхдверная «Нива» и ВАЗ-21044 в расчёт не берутся из-за малого количества.

Причин такого невнимания к производству дизелей у российских компаний много:

• Суровые климатические условия.
• Нерентабельность производства.
• Плохое качество дизтоплива и т.д.

Последний фактор, некачественное ДТ, стало также причиной того, что на российский авторынок не поступают машины зарубежных производителей с дизельными установками.

В отечественном дизтопливе присутствует даже на брендовых заправках повышенное количество серы, смолистых веществ, попадается вода. Они оказывают негативное влияние на форсунки, другие составляющие дизельного агрегата, что приводит к преждевременному выходу из строя деталей.

https://mr-glushitel.ru/stati/49-stati/vse-pro-diselniy-dvigatel/