Содержание
Принцип работы дизельного двигателя
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 дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.
Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.
С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.
Содержание
- Принцип работы двигателя Дизеля
- Как устроен дизельный двигатель
- Плюсы и минусы дизельного мотора
- Дизельный двигатель с турбонаддувом
- Турбояма
- Интеркуллер
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.
Как устроен дизельный двигатель
Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.
Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.
На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.
При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.
Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.
Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.
Плюсы и минусы дизельного мотора
Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты.
К «плюсам» современного дизеля относят:
- экономичность;
- хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
- больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
- меньшее количество вредных выбросов.
Дизель не лишен и недостатков:
- моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
- дизель дороже и сложнее в обслуживании;
- высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
- высокие требования к качеству расходных материалов;
- большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.
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.
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.
Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.
Интеркуллер
Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.
После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор.
Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.
За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.
Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.
На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.
Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах».
Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.
Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.
Дизельный двигатель. Устройство и принцип работы.
Время и техника идут вперед, и все больше появляется на дорогах автомобилей, у которых лишь характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора.
В данной статье разберем устройство, принцип работы и конструктивные особенности дизельных двигателей.
Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, делают его предпочтительным вариантом. Современные дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности и удельным характеристикам, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
Конструктивные особенности дизельных двигателей
По конструкции дизельный двигатель не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны.
Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового двигателя). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800 градусов цельсия, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением (10-30 МПа) впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать меньше топлива и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность.
Экологические характеристики такого двигателя тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.
К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Стоит отметить, что это относится в большей степени к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.
Дизельные двигатели с непосредственным впрыском
Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено 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.
До недавнего времени непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией.
В последние годы 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 его экономичность, снизить шум и вибрацию.
Дизельные двигатели с раздельной камерой сгорания
Наиболее распространенным на легковых автомобилях пока является другой тип дизельного мотора — с раздельной камерой сгорания. В них впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что значительно улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение в этом случае начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.
При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов.
Вихрекамерные двигатели составляют подавляющее большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).
Устройство топливной система дизельного двигателя
Важнейшей системой дизеля, определяющей надежность и эффективность его работы, является система топливоподачи. Основная 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.
Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.
ТНВД — топливный насос высокого давления.
ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный 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 уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.
ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Форсунки дизеля.
Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания.
Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.
Форсунка на двигателе работает в очень 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.
Топливные фильтры дизеля.
Топливный фильтр, несмотря на его простоту, 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.
Как происходит запуск дизельного двигателя?
Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900* С, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива.
Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.
Турбонаддув дизельного двигателя
Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».
Система Common-Rail
Пример двигателя: Nissan YD22DDTi
Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка».
Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.
В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива двигателем сокращается примерно на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора.
Специалисты автотехцентра Nissan имеют богатый опыт диагностики и ремонта дизельныйх двигателей и ТНВД.
Звоните и приезжайте — 8 (912) 220-85-27
← Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы на бензиновых и дизельных двигателях
|
Компрессия и степень сжатия двигателя. Какая должна быть? →
Системы безопасности дизельных двигателей | АМОТ
Хотя дизельные двигатели более безопасны, чем бензиновые, при работе в средах, богатых углеводородами, в определенных ситуациях они могут стать источником воспламенения. Скорость дизельного двигателя контролируется внутренним регулятором скорости, который измеряет количество топлива, подаваемого в двигатель.
Если в атмосфере присутствуют легковоспламеняющиеся пары, они втягиваются во впускную систему вместе с чистым воздухом, а дополнительное топливо заставляет двигатель разгоняться.
При быстром увеличении оборотов двигателя он всасывает больше воздуха и паров. Цикл продолжается до тех пор, пока двигатель не перейдет на использование неизмеренных паров в качестве источника топлива. Если этот цикл не остановлен, это может привести к превышению скорости двигателя или его разгону, что сделает его потенциальным источником воспламенения взрывоопасных паров и приведет к:
Подпрыгивание клапана
Пламя, выходящее из впускной и выпускной труб
Температура поверхности (автоматическое зажигание)
Искры
Катастрофические травмы или смерть
На протяжении более 45 лет AMOT способствует повышению безопасности на опасных производствах, повышая осведомленность о рисках эксплуатации дизельных двигателей в этих условиях и обучая специалистов отрасли способам защиты своего оборудования и людей.
Мы продолжаем инвестировать в исследования и технологии продуктов, поскольку дизельные двигатели развиваются, чтобы соответствовать современным стандартам производительности.
Мы работаем с производителями двигателей, нефтегазовыми сервисными компаниями, компаниями, предоставляющими услуги поддержки, и операторами для разработки комплексных систем, защищающих от разгона дизельного двигателя и рисков, связанных с тем, что дизельный двигатель может стать источником воспламенения на рабочих площадках.
ИНЖЕНЕРНЫЕ ЕДИНИЦЫ
ИМПЕРИАЛ
МЕТРИЧЕСКАЯ
Запорные клапаны воздухозаборника
В то время как некоторые компании внедряют протоколы безопасности для предотвращения разгона дизельного двигателя, автоматические запорные клапаны принудительного впуска воздуха являются единственным надежным методом остановки двигателя, когда он начал работать с превышением скорости.
Эти устройства работают, полностью блокируя систему впуска воздуха двигателя, отключая внешний источник топлива и воздух, необходимый для поддержания работы двигателя.
Узнать больше
Переключатели и датчики скорости вращения
Реле скорости используются для контроля оборотов двигателя в автоматических системах защиты от превышения скорости дизельного двигателя. В случае превышения скорости двигателя переключатель скорости немедленно отключит дизельный двигатель. Имеются электрические, электрические и гидромеханические выключатели для опасных зон.
Магазин
Искрогаситель
Искрогасители
предназначены для предотвращения риска возгорания из-за искр, выбрасываемых из выхлопных систем дизельных двигателей.
Они обычно используются в морской, нефтегазовой, горнодобывающей, лесной и других опасных зонах.
Магазин
Аксессуары
Комплекты для установки клапана
содержат все компоненты, необходимые для установки клапана в воздухозаборную линию двигателя большинства дизельных двигателей.
Узнать больше
Главное защитное устройство отключения
Главное устройство защитного отключения контролирует давление или температуру вращающихся механизмов в опасных и промышленных условиях. При потере или падении давления ниже заданного значения устройство немедленно отключится.
Магазин
Взрывозащищенный генератор
Стандартные автомобильные генераторы переменного тока являются постоянным потенциальным источником воспламенения при эксплуатации в опасных атмосферах, где могут существовать горючие концентрации газа, паров или пыли.
Магазин
Отключение дизельного топлива
Клапаны отсечки топлива дизельных двигателей
предназначены для применения в тех случаях, когда требуется отключение подачи топлива в составе систем автоматического отключения двигателя. Клапаны отсечки топлива гидромеханических двигателей предназначены для использования в качестве предохранительных клапанов в гидромеханических системах, работающих под давлением масла. Запорный клапан подачи топлива в двигатель разрежения предназначен для работы совместно с запорным клапаном подачи воздуха в дизельный двигатель.
Магазин
Семь типов дизельного оборудования Экономика
Если вы подумываете о карьере дизельного механика, вам нужно убедиться, что вы знакомы с различными видами оборудования, в котором используются дизельные двигатели.
Национальный совет по биодизелю сообщает, что дизельная технология является ключом к будущему транспортной отрасли, особенно применительно к транспортным средствам средней и большой грузоподъемности (как дорожным, так и внедорожным), а также оборудованию для железнодорожного, морского, промышленного, сегменты сельского хозяйства и строительства. Совет также отмечает, что более 90% всех большегрузных автомобилей в США работают на дизельном топливе, и дизельные пикапы и внедорожники остаются одними из самых продаваемых потребительских автомобилей.
Правление указывает на 37 новых моделей автомобилей, грузовиков и внедорожников с чистым дизельным двигателем, выпущенных только в 2016 году, и еще 40 находятся в разработке для будущих рынков.
Удивительное разнообразие техники приводится в действие дизельными двигателями. Подготовка к карьере дизельного механика в Lincoln Tech может помочь вам познакомиться со многими из них, в том числе с этими примерами, приведенными на Dieselforum.
org:
Строительная техника
Дизель приводит в действие более трех четвертей всей тяжелой строительной техники. Механики в этой области работают вне фирменных или муниципальных мастерских или путешествуют со строительными бригадами. В эту категорию попадают многие типы дизельного оборудования.
Сельскохозяйственное оборудование
Дизельные двигатели приводят в действие более двух третей всего сельскохозяйственного оборудования, ежегодно перемещают 90 процентов сельскохозяйственной продукции и перекачивают пятую часть воды, используемой на фермах США. «Дизельные автомобили используются для посадки продукта, ухода за продуктом (путем полива и внесения удобрений и пестицидов), сбора продукта и даже доставки продукта на рынок для переработки», — сообщает Dieselforum.org.
Большие грузовики
На дизельном топливе перевозится около 90 процентов национального грузового тоннажа; почти все грузовые автомобили для шоссейных дорог оснащены дизельными двигателями.
Крупные буровые установки являются одними из наиболее часто встречающихся типов дизельного оборудования, когда речь идет о ремонтных мастерских и тренировочных площадках.
Железнодорожные и морские двигатели
Механикам в обеих этих областях часто требуется обучение работе с конкретными системами. Железнодорожные механики сосредоточены на двигателях поездов, которые перевозят около трети всех грузов в США. Морские механики могут сосредоточиться на коммерческих судах, погрузочно-разгрузочном оборудовании, баржах и / или морских рабочих катерах. В обеих областях механики могут путешествовать с транспортными средствами для решения повседневных проблем или работать в магазинах, занимаясь более рутинными обновлениями и настройками.
Автобусы
Количество пассажиров общественного транспорта растет с 1995 года, что повышает спрос на механиков, способных решать проблемы, связанные с дизельным двигателем. При измерении в 2013 году 77 процентов транзитных автобусов были оснащены дизельными двигателями и топливными или дизельными гибридными двигателями.