Дизельный двигатель - устройство и принцип работы. Устройство дизельный двигатель
общее устройство, принцип работы, ремонт
Процесс образования горючей смеси в дизельном двигателе происходит внутри цилиндров и почти одновременно с горением смеси.
По способу смесеобразования автомобильные дизельные двигатели делятся на несколько типов: - с непосредственным впрыском топлива; - с раздельными камерами предкамерного и вихревого типов.
Двигатели с камерами вихревого типа имеют наибольшее завихрение воздуха в процессе сжатия. Камера вихревого типа двигателя РАБА-МАН, установленного на автобусе Икарус , соединяется с надпоршневой полостью горловиной, направленной тангенциально по отношению к днищу поршня. При всасывании воздух, поступающий в цилиндр, совершает энергичное вращение, чем обеспечивает распределение поступившего из однодырочной форсунки топлива на всю поверхность камеры сгорания и его испарения.
Поскольку смесеобразование осуществляется в основном за счет интенсивности завихрения воздуха, уменьшаются требования к тонкости распыливания топлива форсункой и повышается устойчивость работы двигателя в больших диапазонах частот вращения коленчатого вала двигателя.
Способы смесеобразования в дизелях >>
Система питания дизельного двигателя обеспечивает: подачу топлива под высоким давлением при равномерном распределении его по объему камеры сгорания и в равных пропорциях во все цилиндры; дозирование необходимого количества топлива в соответствии с нагрузкой; подачу топлива в камеру сгорания в строго определенный момент такта сжатия за определенный отрезок времени.
Топливная аппаратура дизельных двигателей (секции насоса высокого давления, форсунки) изготовлена с высоким классом точности, поэтому не допускается попадание воды и механических примесей в топливо.
В соответствии с этими требованиями сконструирована система питания дизельного двигателя РАБА-МАН.
Система питания работает следующим образом.
Из топливного бака топливо засасывается топливоподкачивающим насосом и подается по нагнетательному топливопороводу к топливным фильтрам. Часть примесей, находящихся в топливе, улавливается фильтром предварительной очистки, расположенным на топливоподкачивающем насосе. Из фильтров топливо по топливопроводу поступает в топливный насос высокого давления. Из насоса оно подается по нагнетательным топливопроводам к форсункам в соответствии с порядком работы цилиндров.
Излишки топлива от форсунки по трубопроводу сбрасываются в топливный бак.
С помощью ручного насоса и топливоподкачивающего насоса можно наполнить топливом топливный насос высокого давления и топливные фильтры и удалить из них воздух.
Топливопровод, расположенный между топливным баком и топливоподкачивающим насосом, находится под разрежением; другой трубопровод, расположенный между топливоподкачивающим насосом и насосом высокого давления, находится под низким давлением, а топливопроводы, идущие от насоса высокого давления, - под высоким давлением.
На участках, находящихся под разряжением, и участках слива топлива трубопроводы представляют собой стальные трубки; на участке низкого давления трубопровод выполнен из пластмассовых прозрачных трубок.
Топливопроводы высокого давления изготовлены из специальных стальные трубок, отожженных и очищенных от окалины, и имеют одинаковую длину для всех цилиндров. Концы трубопровод высокого давления изготовлены с высадкой в форме конуса и прижаты накидными гайками через шайбы к конусным гнездам штуцеров топливного насоса и форсунок.
Во избежание поломок от вибрации трубопроводы закреплены специальными скобами, кронштейнами и кляммерами.
aboutavtobus.ru
Устройство и принцип работы дизельного двигателя
В последние годы благодаря высокому крутящему моменту, экономичности и более дешевому топливу дизели становятся все более популярными среди автомобилистов.
Рассмотрим конструктивные особенности, устройство и принцип работы дизельного двигателя.
Сам факт установки дизельного мотора на автомобиле сегодня можно определить только по характерному постукиванию из-под капота. По уровню шума и удельным характеристикам последние поколения дизелей вплотную приблизились к бензиновым двигателям. Эта цель достигнута без ущерба надежности и экономичности.
Конструктивные особенности дизельного мотора
На первый взгляд конструкция дизельного двигателя практически не отличается от бензинового мотора. Исключением являются усиленные клапанные элементы, что сделано для восприятия более высоких нагрузок. Поэтому габариты и масса дизелей больше.
Особенностью дизельных двигателей являются принципиально иные способы подготовки, воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси. В бензиновых силовых установках смесь формируется во впускной системе и воспламеняется в цилиндре искрой свечи зажигания.
В дизелях реализована раздельная подача топлива и воздуха. Чистый воздух поступает в цилиндры, сжимается и нагревается до 700-800°С. Далее под давлением 10-30 МПа форсунки впрыскивают топливо в камеру сгорания, после чего оно практически сразу самовоспламеняется. Поскольку после воспламенения резко увеличивается давление в цилиндре, повышается жесткость и шумность работы мотора.
Благодаря такому подходу можно использовать бедные и более дешевые топливные смеси. Это позволяет добиваться более высокой экономичности и хороших экологических показателей, поскольку выброс вредных веществ от сгорания бедных смесей намного меньше.
К недостаткам дизельного двигателя можно отнести заметную вибрацию, повышенную шумность, сложности холодного пуска и меньшую литровую мощность. Однако в современных моделях дизельных авто эти минусы не столь очевидны.
Типы камер сгорания дизельных моторов
- Дизели с непосредственным впрыском. Оснащаются неразделенной камерой сгорания, выполненной в поршне. В таких моторах топливо впрыскивается в пространство над поршнем. В последнее время неразделенные камеры используются в паре с электронными топливными насосами высокого давления. Это позволило организовать двухступенчатый впрыск топлива, улучшить процесс сгорания, добиться устойчивой работы системы на оборотах до 4500 об/мин, оптимизировать экономичность, снизить вибрацию и шум.
- Дизели с раздельной камерой сгорания. Топливо впрыскивается в дополнительную камеру, а не цилиндр. Обычно это специальная вихревая камера в головке блока цилиндров, которая соединяется с цилиндром специальным каналом. При попадании в вихревую камеру сжатый воздух интенсивно закручивается, благодаря чему улучшается процесс смесеобразования и самовоспламенения. Такая конструкция позволяет снизить темп увеличения давления в цилиндре, увеличить максимальные обороты и погасить шумность. Сегодня дизели с раздельной камерой сгорания составляют подавляющее большинство (порядка 90%) среди силовых установок, устанавливаемых производителями на дизельные авто.
Устройство топливной системы дизельного мотора
Топливная система отвечает за подачу строго определенного количества топлива с определенным давлением по определенному графику. Поэтому это достаточно сложный и дорогой узел дизельного двигателя. Топливная система включает следующие основные элементы:
- Топливный насос высокого давления. Подает топливо к форсункам в зависимости от действий водителя, режима работы мотора и инструкций управляющей программы. Современные топливные насосы представляют собой главный исполнительный механизм, который отрабатывает директивы шофера и управляет двигателем. На последних моделях легковых дизельных авто устанавливают топливные насосы распределительного типа, которые равномернее подают топливо, хорошо работают на высоких оборотах, имеют компактный размер.
- Форсунки. Совместно с топливным насосом подают дозированное количество топлива в камеру сгорания. Тип распылителя форсунки задает форму факела сгорания топлива, давление её открытия – рабочее давление топливной системы. В настоящее время используются форсунки с многодырчатым и шрифтовым распылителем. Распылители форсунок обычно изготавливают из жаропрочных материалов, поскольку они непосредственно контактируют с камерой сгорания.
- Топливный фильтр. Отделяет засоры и воду в топливной смеси. Насос ручной подкачки позволяет удалить воздух из топливной системы. Дополнительная установка электрического подогрева на топливном фильтре позволяет облегчить запуск мотора при низких температурах, избежать забивания фильтра парафином после кристаллизации дизельного топлива.
Процесс пуска дизельного мотора
Для холодного пуска дизельного двигателя предусмотрена система предпускового подогрева. Она представляет собой электрические свечи накаливания, помещенные в камеру сгорания. После включения зажигания они быстро нагреваются до 800-900°С и подогревают воздух в камере сгорания, что облегчает самовоспламенение топливной смеси. В процессе пуска двигателя на водительской панели загорается и гаснет соответствующий контрольный индикатор.
Следует отметить, что электропитание снимается со свечей не сразу, а через некоторое время после пуска. Это необходимо для стабильной работы непрогретого мотора. Современные системы предпускового обогрева позволяют легко заводить исправные двигатели при условии использования качественного топлива и рекомендованного производителем масла.
Дизельные моторы с турбонаддувом
Использование турбины позволяет повысить гибкость и мощность работы дизеля. Это происходит благодаря подаче дополнительного количества воздуха в цилиндры и увеличению подачи топлива на рабочем цикле. Турбокомпрессоры на дизелях обеспечивают эффективный дополнительный наддув, начиная с самых низких оборотов без провалов (“турбоям”), которые характерны для бензиновых турбомоторов. Слабым местом дизельных двигателей с турбонаддувом является недостаточная надежность турбокомпрессоров, ресурс которых обычно не превышает 150 тыс. км.
Система Common-Rail в дизельных моторах
Автоматизированное управление процессом подачи топлива позволяет впрыскивать в камеру сгорания две четко дозированные порции. Первый крохотный впрыск повышает при сгорании температуру в камере, затем следует основной “заряд”. Такой подход дает возможность плавно наращивать давление в камере сгорания, благодаря чему двигатель работает тише и без рывков.
В результате расход топлива дизельных авто с системой Common-Rail сокращается на 15-20%, уменьшается содержание сажи в выхлопе, увеличивается крутящий момент на малых оборотах на 20-25%.
all-drive.net
Устройство дизельного двигателя и отличия от бензиновых ДВС |
Рассмотрим устройство дизельного двигателя и некоторые отличия от бензиновых ДВС.
Конструктивно агрегат представляет достаточно крупный по габаритам блок цилиндров из литого чугунного корпуса. В полости его расточенные под определенным углом гнезда с впрессованными гильзами (цилиндрами). В блоке имеют место многочисленные секции вокруг гильз, которые образуют водяную рубашку охлаждения. Постоянный круговорот охлаждающей жидкости в полостях головки блока упреждают двигатель от перегрева.
В своей нижней части блок имеет сферическую расточку (подушку) для установки, крепления коленчатого вала.
Крупным узлом считается головка блока с литыми гнездами под втулки клапанов.
Неотъемлемым элементом мотора остается клиновой привод водяной помпы, компрессора кондиционера, генератора.
К основным узлам следует отнести:
- механизм шатунно-поршневой группы;
- механизм газораспределения;
- картер двигателя и систему смазки.
Именно эти узлы, взаимодействуя между собой, определяют характеристику силового агрегата.
Если исключить ТНВД (топливный насос высокого давления), высокое давление форсунок, усиление отдельных деталей, например, клапанов и поршней, то конструктивные элементы современных дизельных и бензиновых двигателей не сильно разнятся.
Принцип работы дизельного двигателя заключается в формировании и получении полезной работы от воспламенении топливной смеси. Здесь не происходит смешивание солярки с воздухом и подача ее в камеру сгорания с воспламенение от искры, как в случае с бензиновыми системами зажигания. Нет катушки зажигания, трамблера, свечей, карбюратора и прочих атрибутов бензинок.
Отвечая на вопрос, как работает дизельный двигатель, заметим, что в дизеле смешения горючего и воздуха осуществляется непосредственно в камере сгорания. То есть, под поршень нагнетается воздух, который на такте сжатия достигает температуры 700-800° C. Достигнув такового, топливным насосом посредством форсунок в камеру сгорания впрыскивается горючее. Впрыск под давлением, порой 30 атмосфер, привод к реакции с нагретым сжатием воздуха и моментальному самовоспламенению образовавшейся смеси. Процесс завершается давлением, толкающим поршень вниз к НМТ.
Система подает регламентированную дозу горючего посредством насоса высокого давления. Наличие форсунок и топливных фильтров предопределяет точность и бесперебойную работу топливной аппаратуры. Весь процесс зиждется на топливном насосе высокого давления, подающем горючее исходя из режима работы. Давление в системе нагнетается с помощью плунжерных пар. Привод ТНВД связан с коленчатым валом. Нажатием на акселератор выполняются функции регулирования нормы горючего, соответствующему обороту двигателя.
В паре с ТНВД исключительно важным узлом топливной системы являются форсунки. Функции их – подать конкретную дозу горючего в камеру сгорания. Давление, при котором открывается форсунка, равно величине, необходимой для максимального раздробления дизеля и создания топливного тумана.
На конце форсунок, в сложных температурных условиях работает игольчатый распылитель, формирующий контур факела. Контур впрыска принципиально важен для быстрого, полноценного сгорания. Тяжелый режим работы обусловлен постоянным нахождением их в зоне камеры сгорания. Исходя из этого, распылители форсунок выполняются из жаростойких материалов на станках высочайшей точности обработки. Для мягкой, бесшумной работы, в камеру сначала подается мизерная доза топлива. Она только разогревает воздух камеры. В заданный момент впрыскивается основная доза. Эти действия, посредством электроники, позволяют плавно наращивать давление, создавая условия для полного сгорания топливно-воздушной смеси.
В прерогативу топливного фильтра входит возможность тонкой очистки горючего. Но основная функция основывается на отделении воды из топлива. Поэтому фильтр нуждается в периодическом удалении отстоя воды через сливной краник.
Упредить критическое остывание с последующим запарафиниванием топлива помогает система электрического подогрева, что способствует быстрому запуску холодного двигателя.
Холодный запуск дизелю облегчает система предварительного разогрева, для чего в камере сгорания специально размещены свечи с функцией накала до 900° C. Информация о степени нагрева сообщается сигнальной лампой на приборной панели (закрученная спираль). По мере устойчивой работы двигателя свеча автоматически гаснет. В некоторых автомобилях свечи выключаются в момент подачи питания на стартер.
Система турбонаддува ориентирована повышать мощность и устойчивость на всех режимах работы ДВС. То есть турбинный компрессор подает под поршень избыточную порцию воздуха, увеличивая тем самым мощность мотора. Но длительный ресурс компрессора нужно поддерживать высоким качеством моторного масла.
Устройство системы турбонаддува
Наиболее эффективной системой впрыска топлива считается Common Rail. Принцип работы системы заключается в том, что топливо накапливается в магистральной рампе, с которой поступает непосредственно в форсунку. А это путь к экономии солярки, низкому шуму от рабочего такта и выхлопных газов. За цикл работы, устройство выполняет два этапа впрыска. Самую малость топлива в начале и основную порцию для получения максимальной отдачи от сгорания.
Эти преимущества привели к использованию этой системы впрыска почти на каждом грузовом дизельном автомобиле и в большинстве гражданских моделях.
Система насос-форсунка предполагает установку форсунок по одной на каждый цилиндр. Устройство отличается от Common Rail высоким давлением впрыска. Отправной точкой считается высокая мощность транспорта до 20%, экономичность, низкая токсичность отработки. В обоих случаях, контрольные функции осуществляются системой управления двигателем через магнитные соленоиды.
Дополнительная система, используемая в паре с дизельными ДВС, предназначена для снижения показателей токсичности выхлопных газов. Каталитический нейтрализатор предназначен сжигать остатки частиц газов в сажевой сетке. Но это уже из области регенерации отработки, что повсеместно применяется и на бензиновых ДВС. Особенность лишь в том, что в паре с ДВС на дизельном топливе система особенно эффективна и позволяет добиться внушительных показателей экологичности дизельных ДВС.
tula-intim.ru
Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы
Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.
Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.
Конструктивные особенности дизельных двигателей
По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки - ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). 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 700-800оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.
Рекомендую к прочтению: принцип работы ДВС, рабочие циклы двигателя
Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре - отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше - при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.
К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.
Типы дизельных двигателей
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. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было 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 его экономичность, снизить шум и вибрацию.
Наиболее распространенным является другой тип дизеля - с раздельной камерой сгорания. 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 улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение 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 большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).
Устройство топливной системы дизельного двигателя
Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. 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 800-900оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.
Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. 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 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".
Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.
Система Common-Rail для дизельного двигателя
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.
Источник - http://amastercar.ru/articles/engine_car_32.shtml
www.carez.ru
