Дизельные двигатели. Устройство и как работают

История дизеля начинается почти с изобретения бензинового двигателя. Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году, который использовал принцип четырёхтактного сгорания, также известный на западе как "цикл Отто ", и это основная предпосылка для большинства автомобильных двигателей сегодня. В своей ранней стадии, однако, бензиновый двигатель был крайне неэффективным в своей работе, поэтому в те времена ещё долгое время широко использовался паровой двигатель для транспортировки всего, что было нужно транспортировать. Главным недостатком в работе обоих двигателей было то, что они эффективно использовали только около 10 процентов топлива из всего поступающего топлива в эти типы двигателей. Остальная часть просто превращалась в бесполезное тепло, а бензин выходил с выхлопом не сгоревшим.

Дизельный двигатель Porsche Cayenne S 2013 модельного года

Уже через 2 года - в 1878 году - Рудольф Дизель во время посещения политехнической средней школы в Германии (эквивалент инженерного университета в России) узнал о низкой эффективности работы бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя, который мог бы работать с более высокой эффективностью, и он посвятил бóльшую часть своего времени на развитие такой технологии, которая бы позволила расходовать природные ресурсы нашей планеты гораздо эффективнее. И вот, наконец, только к 1892 году Дизель получил патент за то, что мы сегодня называем дизельным двигателем.

Рудольф Дизель и изобретённый им дизельный двигатель

Но если дизельные двигатели работают настолько эффективно, почему бы нам не использовать их чаще? Почему бы нам, в конце концов, не использовать только их? Вы можете увидеть слова "дизель", "солярка" и подумать о здоровенных грузовых автомобилях, извергающих из длинной выхлопной трубы чёрный, закопчённый дым при работе двигателями и создавая при этом довольно громкий гремящий шум. Этот негативный образ дизельных грузовиков сделал дизель менее привлекательным для обычных водителей в нашей стране, хотя дизель отлично подходит для перевозки крупных партий на большие расстояния, он практически никогда не был лучшим выбором для легковых автомобилей. Тем не менее, на сегодняшний день ситуация начинает меняться, и дизелем комплектуются даже заряженные версии легковых авто и изредка даже спортивные машины , так как современные технологии значительно улучшили дизельный двигатель, сделав его намного чище (экологичнее) и менее шумным.

А это дизельный двигатель большого теплохода мощностью около 10 000 лошадиных сил

Объясняя, как работает дизельный двигатель, мы будем опираться на то, что Вы уже знаете, как работает бензиновый четырёхтактный двигатель. Поэтому, если Вы ещё не сделали этого, Вам, вероятно, будет лучше прочитать сначала , чтобы получить ряд знаний и азов по основам двигателя внутреннего сгорания.

Дизель против бензина

В теории дизельный и бензиновый двигатели очень похожи. Они оба являются двигателями внутреннего сгорания, предназначенными для преобразования химической энергии топлива в доступную для дальнейшего движения автомобиля механическую энергию. Эта механическая энергия получается за счёт движения поршней вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, а сам коленвал имеет форму зигзага - получается, что линейное движение поршней создаёт вращательное движение коленвала, необходимое, чтобы повернуть колёса автомобиля и привести его (авто) в движение.

При этом, и дизельный, и бензиновый двигатели превращают топливо в механическую энергию через серию небольших взрывов, которые выталкивают поршни, заставляя их двигаться. Основное различие между дизелем и бензиновым "движком" заключается в том, что провоцирует эти взрывы. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается поршнями и возгорается от искры, которая появляется от свечей зажигания. В дизельном двигателе, однако, сначала поршнем сжимается воздух, и только затем топливо впрыскивается. Так как воздух нагревается, когда он сжимается, топливо воспламеняется.

Как работает дизельный двигатель?

Анимация ниже показывает, как работает дизельный двигатель, в действии - также 4 цикла работы. Вы можете сравнить его с анимацией работы бензинового двигателя и увидеть различия.

Дизельный двигатель использует четырёхтактный цикл сгорания:

1. Такт впуска - когда открывается впускной клапан, впуская воздух. В это время поршень движется вниз, засасывая воздух.
2. Такт сжатия - поршень движется вверх и сжимает воздух, которому некуда деваться, так как впускной клапан закрылся.
3. Такт воспламенения - когда поршень достигает вершины (верхней мёртвой точки, ВМТ), топливо впрыскивается в нужное время и воспламеняется, сильно толкая поршень вниз.
4. Такт выпуска отработавших газов - поршень снова движется вверх, выталкивая выхлопные газы, созданные при сгорании топливо-воздушной смеси, из выпускного клапана.

Вот все 4 цикла работы дизельного двигателя, но ещё проще:

Следует помнить, что дизельный двигатель, в отличие от бензинового, не имеет свеч зажигания, а также впускает в цилиндры сначала воздух, а затем солярку (в цилиндры бензинового двигателя топливо-воздушная смесь поступает уже готовой). Именно тепло сжатого воздуха зажигает топливо в дизельном двигателе.

Интересный момент: при своей работе топливо-воздушная смесь в дизельном двигателе сжимается гораздо сильнее, чем в бензиновом - если бензиновый двигатель сжимает топливо и воздух в соотношении от 8:1 до 12:1, то дизельный двигатель сжимает воздух в соотношении от 14:1 до более, чем 25:1.

Инжектор (форсунки) в дизеле

Одна большая разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в процессе впрыска топлива. Большинство автомобильных двигателей используют инжектор для этого (или в редких уже на сегодняшний день случаях карбюратор). Инжектор впрыскивает топливо непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра). Карбюратор смешивает воздух и топливо задолго до того, как воздух поступает в цилиндр. В двигателе автомобиля, таким образом, все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается поршнем. Сжатие топливо-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя - если сжать слишком много воздуха, то смесь топлива и воздуха спонтанно воспламенится и испортит двигатель, так как такт воспламенения начнётся раньше того момента, когда поршень достигнет верхней точки.

Дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива - дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр уже после того, как туда попадёт воздух. Инжектор или, как правильнее, топливные форсунки в дизельном двигателе является наиболее сложным компонентом и, нужно отметить, предметом большой доли экспериментов - в каждом конкретном двигателе инжектор может быть расположен в самых различных, а иногда и неожиданных местах. Инжектор должен быть способен выдерживать температуру и давление, которое создаётся внутри цилиндра, а ещё он должен смочь доставить топливо в виде мелкодисперсного тумана. Сделать так, чтобы этот туман, попадая в цилиндр, равномерно распределялся по нему, является большой проблемой, вот почему ряд дизельных двигателей используют специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания или другие устройства, чтобы создать завихрение воздуха в камере сгорания или иначе улучшить процесс зажигания и горения.

Работа топливной форсунки

Некоторые дизельные двигатели всё же содержат свечу. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять до достаточно высокой температуры для воспламенения топлива сжатый воздух. Специальная свеча накаливания в дизеле по сути является проводом для электрического подогрева (представьте горячие проводки, которые Вы видели в тостере), который нагревает камеру сгорания и повышает, тем самым, температуру воздуха, когда двигатель холодный, так чтобы двигатель мог завестись.

Все функции в современном дизельном двигателе контролируются компьютером и продуманным набором датчиков, измеряющих практически всё: от оборотов коленчатого вала до системы охлаждения двигателя и температуры масла и даже положение двигателя относительно горизонта. Свечи накаливания используются редко сегодня на более мощных двигателях. Вместо них используются другие технологии, самая распространённая из которых - это более сильное сжатие воздуха (для большего нагрева) и более поздний впрыск топлива.

Тем не менее, в ряде дизельных двигателей не представляется возможным решить проблему запуска в холодную погоду указанным выше способом. Кроме того, есть двигатели, которые не имеют такие продвинутые технологии управления компьютером. Потому использование свечей накаливания для двух случаев выше решает проблему холодного запуска.

Дизельное топливо

Любое нефтяное топливо берёт своё начало из сырой нефти, которая, естественно, добывается из земли. Далее сырая нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах и может быть разделена на несколько разных видов топлива, в том числе бензин, реактивное топливо, керосин и, конечно же, дизельное топливо (солярку).

Если Вы хоть раз пытались сравнить дизельное топливо и бензин, то Вы знаете, что они сильно разные. Даже их запах сильно отличается. Дизельное топливо тяжелее и более жирное. Оно испаряется значительно медленнее, чем бензин, а температура его кипения на самом деле выше, чем температура кипения воды. Вы, вероятно, часто слышали, что дизельное топливо называют "соляркой" - это потому что оно такое жирное (есть такое вещество - соляровое масло, и его раньше часто сравнивали с дизельным топливом).

Дизельное топливо испаряется медленнее, потому что оно тяжелее. Оно содержит больше углеродоатомов в длинных цепочках, чем бензин (бензин, как правило, имеет химическую формулу C9H20 (но может иметь и другую в зависимости от марки, октанового числа и т.п.), в то время как дизельное топливо, как правило, характеризуется формулой C14H30 ). Требуется меньшее время и количество этапов переработки для создания дизельного топлива, и поэтому оно как бы должно быть дешевле, чем бензин. Но в последние годы, однако, спрос на дизель поднялся по нескольким разным причинам, в том числе из-за повышенной индустриализации и строительства в нашей стране, и потому на сегодняшний день дизельное топливо стоит дороже бензина.

Дизельное топливо имеет более высокую так называемую плотность энергии , чем бензин. В среднем, 1 галлон (3,8 л) дизельного топлива содержит около 155x10 6 джоулей энергии, в то время как 1 галлон бензина содержит 132x10 6 джоулей. Это, в сочетании с повышенной эффективностью дизельных двигателей за счёт большей степени сжатия, объясняет, почему дизельные двигатели расходуют намного меньше топлива, нежели эквивалентные им бензиновые двигатели.

Дизельное топливо используется для питания широкого спектра транспортных средств и другой техники. Сюда, прежде всего, нужно включить, конечно же, дизельные грузовики, которые Вы видите крейсерящими по шоссе, но также дизель помогает двигаться лодкам, школьным автобусам, поездам, кранам, сельскохозяйственному оборудованию и тракторам, генераторам электричества и многой-многой другой технике. Подумайте о том, насколько важен дизель в экономике - без высокой эффективности дизельного топлива строительная индустрия и сельскохозяйственные предприятия страдали бы от требуемых инвестиций в топлива с низким энергопотреблением и эффективностью. Около 94 процентов грузов во всём мире - будь то отправленные грузовиками, поездами или кораблями - доставляются в конечные точки именно за счёт дизельного топлива.

Улучшение дизельного двигателя и дизельного топлива

С точки зрения окружающей среды дизель имеет и плюсы, и минусы. Плюс - дизель испускает очень небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа - выбросов, более всего приводящих к глобальному потеплению. Минус - большие количества соединений азота и твёрдых частиц (сажи) высвобождаются во время сжигания дизельного топлива, что приводит к выпадению кислотных дождей, смогу и неудовлетворительному состоянию здоровья.

Во время большого нефтяного кризиса в 1970-х годах, европейские автомобильные компании начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого использования в качестве альтернативы бензину. Однако, те, кто попробовал их, были разочарованы - двигатели были очень громкими, и, когда потребители дизеля осматривали свои машины, то могли обнаружить их покрытыми чёрной копотью - той же сажи, ответственной за смог в больших городах.

За последние 30 до 40 лет, однако, огромные улучшения были сделаны в работе дизельного двигателя и чистоты дизельного топлива. Прямые впрыскивающие устройства в настоящее время контролируются передовыми компьютерами, которые контролируют сгорание топлива, повышение эффективности сокращения выбросов. Гораздо лучше рафинированные виды дизельного топлива, такие как дизтопливо с ультра низким содержанием серы в топливе (ULSD) снижает количество вредных выбросов. А модернизации двигателей, чтобы сделать их совместимыми с чистым топливом, становятся простой задачей. Другие технологии, такие как фильтры твёрдых частиц и каталитические нейтрализаторы, сжигают сажу и сокращают выбросы твёрдых частиц, оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. Постоянно совершенствуя стандарты для экологически чистого топлива, Европейский Союз также будет толкать автоотрасль работать усерднее над снижением выбросов.

Вы может также слышали такой термин как "биодизель ". Это то же самое, что дизельное топливо? Биодизель является альтернативой или добавкой к дизельному топливу, которая может использоваться в дизельных двигателях практически без модернизации самих двигателей. При этом, как видно из названия, биодизель изготавливается не из нефти, вместо этого он приходит к нам из растительных масел или животных жиров, которые были химически изменены. Интересный факт: сам Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.

Биодизель может быть использован либо в сочетании с обычным дизельным топливом, либо полностью самостоятельно. Вы можете прочитать больше об альтернативных видах топлива

Задумывались ли вы уважаемые автомобилисты над тем, почему экономные Европейцы чаще всего приобретают автомобили с дизельными двигателями? Ведь уровень жизни и доходы на душу населения в Европе позволяет людям не сильно задумываться о стоимости топлива. Но не смотря на нормальное благосостояние граждан Европы они по-прежнему все-равно продолжают чаще всего покупать автомобили с дизельными моторами. И причина здесь между прочим не только в экономии топлива. Из-за одной только экономии педантичные Европейцы никогда бы не стали массово скупать дизельные автомобили. На самом деле в самом Евросоюзе связана с рядом иных преимуществ, которые имеют эти дизельные автотранспортные средства, если их сравненивать с бензиновыми аналогами. Давайте друзья вместе с нами (вами) узнаем подробно, а какие-же преимущества помимо экономии топлива есть у дизельных двигателей.

1. Дизельные двигатели более экономичные.

Как нам всем давно известно самое главное и значительное преимущество любого дизельного мотора по сравнению с бензиновыми аналогами, является его меньший . Низкий расход дизельного агрегата связан с его особенностью преобразования данного дизельного топлива в энергию. Так например, такой дизельный силовой агрегат более эффективно сжигает горючее (топливо), что позволяет ему получать от одного объема соженного топлива около 45 - 50% всей энергии. Бензиновый же мотор получает от того же объема приблизительно 30% энергии. То есть, 70% бензина сгорает просто впустую!!!

Кроме того, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, чем бензиновые моторы. А так как на степень этого сжатия влияет время воспламенения топлива, то соответственно получается, что чем выше степень сжатия, тем больший КПД имеет двигатель.

Также, все современные дизельные моторы из-за отсутствия в них дроссельной заслонки на впускном коллекторе более эффективны, которая как правило использовалась да и используется сегодня во всех бензиновых автомобилях. Это позволяет дизелям (моторам) избегать потери драгоценной энергии связаной с всасыванием воздуха, который необходим для воспламенения топлива в бензиновых двигателях.

2. Дизельные двигатели надежнее чем бензиновые.

За последние 50 лет дизельные моторы зарекомендовали себя, как более надежные, чем их бензиновые соконкуренты. Главной особенностью этого дизельного агрегата является отсутствие в самой машине системы зажигания, которая работает от высокого напряжения. В итоге получается, что в машине с дизельным мотором отсутствуют радиочастотные помехи от линии высокого напряжения, которые часто становятся виновниками проблем с электроникой автомобиля.

Так же считается, что большинство внутренних компонентов дизельного двигателя имеют более долгий срок службы и это действительно так. А все из-за более высокой степени сжатия, где компоненты такого дизельного силового агрегата уже изначально являются более долговечными.

Именно по этой важной причине в мире существует очень много дизельных автомобилей с пробегом около и не так много с таким же пробегом бензиновых машин.

Есть правда один существенный минус у дизельных моторов, который раньше не давал покоя всем поклонникам мощных автомобилей. Дело в следующем, у дизельных двигателей старого поколения на каждый литр объема мотора была (выдавалась) очень маленькая мощность. Но к нашему счастью инженеры решили эту проблему с появлением на авторынке машин с турбинами. В итоге, почти все современные дизельные моторы сегодня оснащаются турбинами, которые и позволяют им сравняться по мощности (а порой даже превзойти) с бензиновыми аналогами. В том числе, с развитием новых технологий в современных дизелях инженерам удалось минимизировать практически все его недостатки, которые преследовали долгое время эти дизельные моторы.

3. Дизельный двигатель сам автоматически сжигает топливо.

Еще одно главное преимущество всех дизельных моторов заключается в том, что дизельные автомобили как бы автоматически сами по себе, сжигают внутри себя топливо не затрачивая фактически для этого ни какой лишней энергии. Напомним своим читателям следующее, не смотря на то, что дизельный двигатель использует для себя четырехтактный цикл (впуск, сжатие, сгорание и выхлоп), сжигание дизельного топлива у него происходит как бы самопроизвольно прямо внутри двигателя от большой степени сжатия. для того-же сжигания топлива нужны (необходимы) свечи зажигания, которые постоянно находятся под высоким напряжением и выдают искру, которая и воспламеняет бензин в камере сгорания.

В дизельных же двигателях в свечах зажигания необходимости нет, а также ему не нужны и высоковольтные провода ну и т.п. составляющие. По этой причине затраты на содержание автомобилей с дизельными агрегатами значительно снижаются, если их сравнивать с тем же бензиновыми автомобилями, в которых периодически нужно менять свечи зажигания, высоковольтные провода и связанные с ними другие компоненты.

4. Стоимость дизельного топлива сопоставима со стоимостью того же бензина, или даже ниже.

Не смотря на то, что в России стоимость дизельного топлива находится на том же почти уровне, что и цена бензина, нужно отметить следущее, что стоимость дизельного топлива во многих странах мира в том числе и в странах Европы в сравнении с нашей страной, заметно ниже, чем тот же самый бензин. То есть получается, что помимо пониженного расхода топлива владельцы данных дизельных автомобилей в других странах мира тратят на диз-топливо гораздо меньше денег, чем остальные владельцы бензиновых автотранспортных средств.

Но даже с тем условием, что в нашей стране солярка стоит также как и бензин (или даже дороже), то преимущество по той же эффективности данных дизельных автомобилей очевидно многим. Ведь запас хода машины на полном залитом баке диз-топлива получается на много больше, чем на том же автомобиле оснащенном бензиновым силовым агрегатом.

5. Более низкая стоимость владения.

С таким преимуществом (владением автомобиля с бензиновым двигателем) поспорить конечно трудно, так как в определенных случаях сама стоимость технического обслуживания и ремонта дизельных автомобилей значительно может превысить стоимость ТО (техобслуживание) бензиновых машин. И это действительно неоспоримый и доказанный факт. Но вот с другой стороны, если брать общие затраты, то стоимость владения дизельным автомобилем в совокупности получается значительно меньше, чем того-же бензинового аналога. Особенно на тех мировых авторынках, где наблюдается повышенный спрос именно на дизельные автомашины. Поясним нашим читателям, дело в том, что в стоимости владения машиной необходимо всегда учитывать на подержанном рынке и конкретную потерю рыночной цены автомобиля и естественный износ всех автозапчастей в процессе эксплуатации ТС (транспортного средства). Как правило дизельные автомобили теряют в цене намного меньше (и медленнее), чем те же бензиновые аналоги. Также, из-за более высокой долговечности деталей дизельного двигателя данные автомобили имеют более долгий срок своей службы, что естественно позволяет затрачивать значительно меньшие суммы денежных средств на .

Таким образом можно сказать, что в долгосрочной перспективе (от 5 лет и выше) владение дизельной машиной более выгодней, чем автомобилем с бензиновым агрегатом. Правда здесь друзья необходимо заметить, что стоимость дизельных автомоделей как правило бывает значительно выше бензиновых. Но, если вы в перспективе будете долгое время владеть таким диз-автомобилем и проезжать на нем 20.000 - 30.000 тыс. км в год, то такая переплата окупиться для вас за счет той-же экономии топлива.

6. Дизельные автомобили более безопасные.

На протяжении многих лет было доказано следующее, что дизельное топливо значительно безопаснее того-же самого бензина по нескольким причинам. Во-первых,- солярка меньше подвержена быстрому и легкому воспламенению (возгоранию) в сравнении ее с бензином. Например, то самое дизельное топливо не воспламеняется как правило при воздействии на него высокого источника тепла.

Во-вторых,- дизельное топливо не выделяет опасных паров, как тот-же бензин. В итоге вероятность воспламенения паров салярки что может вызвать пожар автомобиля, в дизельных автотранспортных средствах значительно ниже, чем в тех же бензиновых.

Все эти факторы делают дизельные автомобили на дорогах по всему миру намного безопаснее в отличии от бензиновых машин. Например, в случаях возникновения ДТП.

7. В выхлопе дизельного автомобиля меньше окиси углерода, чем в бензиновом.

С самого начала появления этих турбин инженеры столкнулись с определенной проблемой, которая была связана с питанием этих турбокомпрессоров. Как правило, сама крыльчатка турбины вращается за счет энергии, получаемой от выхлопных газов автомобиля. Если же сравнивать бензиновые и дизельные автомобили между собой, то турбины в дизельных моторах работают куда более эффективней, так как в дизельном автомобиле количество выхлопных газов на вырабатываемый объем гораздо больше, чем в бензиновом агрегате. Именно по этой причине турбокомпрессор(ы) дизельного мотора выдает(ют) максимальную мощность намного быстрее и раньше бензиновых автомобилей. То есть, уже на низких оборотах начинают ощущать максимальную мощность машины и ее крутящий момент.

9. Дизельные моторы без дополнительных модификаций могут работать на синтетическом топливе.

Еще одно главное преимущество дизельных двигателей это возможность их работы на синтетическом топливе без каких-либо существенных изменений в конструкции силового агрегата. Бензиновые же двигатели тоже по сути могут работать на альтернативном топливе. Но им для этого необходимы значительные изменения в самой конструкции силового агрегата. Иначе бензиновый двигатель работающий на альтернативном топливе просто быстро выйдет из строя.

В настоящий момент экспериментирует с биобутанолом (топливом), который отличным образом подходит в виде того синтетического биотоплива для всех бензиновых автомобилей. Этот вид топлива возможно не будет причинять бензиновым автомобилям никого существенного вреда без проведения каких-либо изменений в конструкции двигателя.

Дизельная технология сильно продвинулась вперед. Особенно это стало заметно в последнее десятилетие. Практически половина европейских авто на сегодня – это дизельные модели. Хотя принцип работы дизельного двигателя не изменился, но изменилось устройство. Теперь процесс проходит тише, а выхлопные газы стали более экологическими. Теперь из трубы не вырывается черный неприятный дым, который обогащает нашу планету вредными веществами.

Становление дизеля

Современные дизельные моторы отличаются своей мощностью. Их процесс работы прост, не требует много затрат, так как цикл проходит экономичней. Ведь в камеру внутреннего сгорания попадает сравнительно дешевое топливо в достаточно малых количествах по сравнению с бензиновым собратом. Характеристика дизельных моторов существенно отличается от бензиновых.

Главная отличительная характеристика – это процесс приготовления топлива для работы, а также его воспламенение. Обычно смесь готовится вне цилиндров, тогда как дизелю свойственно ее готовить именно в цилиндре. Также воспламенение смеси для бензинового возможно благодаря искре свечи, а в дизельном благодаря высокой температуре и большому давлению. Отсюда и сильный шум, который раньше так был свойственен двигателю.

Хотя сам процесс работы отличается мало. Рассмотрим этот четырехтактный цикл, свойственный для дизельного силового агрегата.

Цикл – впуск

На первом такте поршню нужно переместиться с верхней мертвой точки в нижнюю. В это время клапан для впуска открыт, а для выпуска закрыт. Так как в цилиндре разряженная атмосфера, то в него попадает воздух.

Цикл – сжатие

Теперь закрываются оба клапана. Поршень поднимается, воздух сжимается. Давление растет и достигает пяти МегаПаскалей. Растет и температура, так как воздух сжимается, она достигает семисот градусов по Цельсию.

Цикл – расширение

Достигнув верхней точки, когда давление в цилиндре на максимуме, впрыскивается доза горючего, которая распыляется форсункой. Так как температура высокая, то отдельные капельки, смешавшись с горячим воздухом, воспламеняются. В итоге температуру становится еще выше, достигая 1800 градусов по Цельсию. Давление тоже растет, достигая одиннадцати МегаПаскалей. Поршень опускается, совершается полезная работа. В итоге температура опускается до семисот градусов, давление падает до половины МегаПаскаль.

Цикл – выпуск

Открывается . Поршень совершает движение, под которым выталкивается отработанный газ. Температура уже равна пятистам градусам, а давление одной десятой МегаПаскаль.

Благодаря тому, какой процесс проходит в , можно использовать дешевое горючее, что способствует более выгодному обслуживанию мотора. А это говорит об экономичности дизеля. К тому же и коэффициент полезного действия на десять процентов выше, чем бензинового. Да и процесс создания крутящего момента выше, так как он достигается с лучшими усилиями.

Можно отметить в процессе работы устройства несколько недостатков. Это, во-первых, более шумная работа, во-вторых, большее вибрирование, в-третьих, проблема в холодном цикле, что приводит к меньшей мощности. Но, учитывая, что процесс работы дизеля каждого нового авто все более совершенен, то и данные недостатки стали незаметны.

Строительство дизеля

Так как сжимается устройство дизеля сильнее раза в два, то сами детали выполняются более мощными, так как иначе подобный цикл они бы не выдержали. Например, речь идет о камере сгорания. Также отметим создание поршня. Он имеет структуру низа такой, какой предполагает камера сгорания. И чаще всего камера сгорания находится в самом поршне.

Также в дизельном устройстве поршень выступает выше блока цилиндров, что отличает его от бензинового мотора. Ведь воспламеняется горючее необычно, без искры, хотя свечи есть.

Немного поговорим о свече накаливания. Она устроена так, что имеет спираль, которая нагревает воздух в камере сгорания, это нужно особенно тогда, когда идет цикл впрыска холодной порции воздуха. Показатели дизеля состоят в том, что они связаны с тем, как впрыскивается воздух, и как он, накалившись, способствует взрыву смеси.

Работа внутри камеры

Цикл работы внутри камеры сгорания, как мы уже увидели, очень прост. Но типы камер сгорания могут быть разными. Выделяют две основные. Это неразделенные камеры сгорания и разделенные камеры сгорания. Во втором случае горючее впрыскивается прямо в головку цилиндра.

Выделяют раздельные камеры нескольких типов. Речь идет о форкамере и вихрекамере. В них смесь горит и образуется разными путями. Для первого варианта горючее отправляется в предварительное место, которое связано с отверстием в цилиндре, оно, соприкасаясь со стенками, образует смесь с воздухом. Она, в свою очередь, взорвавшись, отправляется по каналам в ту камеру, где происходит ее догорание. При этом каналы устроены так, что образуется разница в давлении между камерой и цилиндром.

Во втором случае, все происходит тоже отдельно, в полом месте. Когда идет такт, то воздух сжимается, попадая в камеру, там он закручивается, образуя вихревые силы. Именно это, а не удары о стенки, приводит к перемешиванию горючего и воздуха.

Можно заметить, что в разделенных камерах проходит двухэтапное перемешивание смеси и ее возгорание. Поэтому двигатель работает мягче. Но топлива при этом расходуется больше, так как поверхность камеры достаточно большая. Из-за этоого пусковые способности мотора ухудшаются.

Теперь перейдем к разговору о неразделенной камере, которая дала название дизелю – . Она выглядит, как нечто полое, находясь в днище поршня. Топливо впрыскивается прямо в цилиндр, что уменьшает в разы расход горючего. Такой принцип работы можно наблюдать на грузовиках.

Что можно сказать о дизеле

Мы увидели существенную разницу между дизельным и бензиновым двигателем. Первый работает от возгорания горючей смеси за счет высокой температуры, а другой за счет искры. Также был рассмотрен принцип работы, такты, которых четыре, но это уже мало чем отличается от бензинового двигателя. Увидели, какими бывают камеры, их разницу.

Ежегодно растет количество транспортных средств, характерный звук работающего силового агрегата которых, выдает его тип. Именно дизельным двигателям будет посвящена эта публикация, в которой постараемся максимально описать их особенности, некоторые рабочие характеристики и отличия от бензиновых моторов.

Отличительные черты дизельных агрегатов, такие как: экономичность, высокие рабочие показатели и топливо, которое стоит дешевле, делают этот вид моторов сегодня еще востребование. Последние модели дизелей по уровню своей шумности и экологическим показателям практически не отличаются от своих бензиновых собратьев , разве что они более экономичны и долговечны.

Особенности конструкции

Конструктивно работающие на солярке моторы ничем не отличаются от бензиновых, и имеют те же детали. За исключением того, что клапанные элементы дизелей производятся более усиленными, иначе они не выдержат всей нагрузки. Для сравнения: степень сжатия дизельного силового агрегата 19-24 единицы, а это в два раза выше, нежели у бензинового. По этой причине дизель имеет немного большие габариты и массу.

Шумная работа этого силового агрегата обусловлена одной его особенностью. Дело в том, что самовоспламенение смеси внутри его цилиндров происходит только в момент возрастания давления. Благодаря этому допускается использование в моторе дешевого топлива (не путать с некачественным), и его работа на необогащенных смесях. За счет этого и достигается экономия. Поскольку агрегат работает на необогащенных смесях, соответственно, его вредные выбросы в атмосферу значительно снижены.

Единственными минусами дизелей принято считать их шумную работу, сопровождаемую вибрацией, проблемы с пуском в холода и меньшую мощность в литраже. Но, подобные недостатки прерогатива исключительно старых моторов, у современных дизелей (ввиду их конструктивных особенностей) эти проблемы исключены.

Дизеля с прямым впрыском

Есть несколько конструкций дизельных моторов, которые отличаются друг от друга строением камеры сгорания. Агрегаты, в которых камера сгорания нераздельна, а впрыск топлива осуществляется непосредственно в пространство над поршнем, называются двигателями с прямым впрыском. Роль камеры сгорания у них играет поршень.

Не так давно непосредственный впрыск применялся исключительно на низкооборотистых дизелях с повышенным рабочим объемом. Подобная мера связывалась только с проблемами при сгорании топлива, постоянной вибрацией и шумной работой.

Однако ситуация изменилась с появлением топливного насоса высокого давления, управляемого при помощи электроники, инновационной системы двухуровневого впрыска и решением проблемы неполного сгорания топлива. Подобные мероприятия позволили получить стабильную работу агрегата уже на 4500 об/мин, сделали его более экономичным и малошумным.

Дизеля с раздельной камерой

Сегодня этот тип дизельных силовых агрегатов широко распространен на легковых транспортных средствах. Топливо в таком моторе впрыскивается в отдельную камеру, а не в цилиндр. Широко распространена модель вихревой камеры, которая располагается у основания блока цилиндров и через специальный канал соединяется с цилиндром таким образом, чтобы воздух, сжимаясь, попадал в нее, и уже далее закручивался внутри наподобие вихря. Это способствует хорошему насыщению смеси и повышает ее самовоспламенение, которое происходит в вихревой камере и уже далее переходит в основную.




При такой конструкции мотора давление в его цилиндрах нарастает постепенно, в результате чего уровень шума агрегата значительно снижается, а обороты – повышаются. Практически на 90% дизельного транспорта установлены двигатели с вихревой камерой.

Топливная система дизелей

Пожалуй, эта система является важнейшей составной частью дизельного мотора, большей частью характеризующая его эффективность. Ее работа заключается в дозированной подаче топлива под определенным давлением и в определенное время. Повышенные требования к точности ее работы, и наличие высокого давления внутри системы делают этот узел дизельного агрегата дорогостоящим и сложным.

Состоит система топливоподачи из:

1. , который обеспечивает подачу солярки к форсункам двигателя по строго заданному циклу, который зависит от работы агрегата и прикладываемых водителем усилий к педали акселератора. Многорежимный ТНВД объединяет в себе работу главного исполнительного устройства, функция которого заключается в обработке команд водителя, и автоматическую систему управления силовым агрегатом.

Управляя педалью акселератора, шофер не уменьшает либо увеличивает подачу рабочей смеси, а всего лишь задает соответствующий режим регуляторам, которые самостоятельно корректируют топливоподачу в зависимости от давления, количества оборотов, положении регуляторов подачи и т. д. Отметим, что большинство выпускаемых сегодня дизельных внедорожников комплектуются распределительным типом ТНВД .

Распределительные ТНВД являются в основном прерогативой дизельных моторов установленных на легковом автотранспорте. Они отличаются правильно отрегулированной топливоподачей и повышенным быстродействием, за счет чего достигается их стабильная работа на высоких оборотах. Однако подобный тип топливных насосов слишком требователен к качеству солярке и ее чистоте, поскольку она смазывает рабочие поверхности их деталей.

1. Форсунки дизельного мотора являются не менее важным, чем ТНВД элементом системы топливоподачи, которые совместно с топливным насосом осуществляют бесперебойную дозированную подачу рабочей смеси в камеру сгорания. Давление в системе топливоподачи зависит от угла размещения форсунки , а форму топливному факелу, от которой зависит вся правильная последовательность самовоспламенения и сгорания топлива, придает распылитель. Встречается два вида форсунок: многодырчатые либо шрифтовые.

Работа форсунки в дизельном агрегате обусловлена слишком тяжелыми для нее условиями. Это связано с тем, что рабочее движение иглы распылителя в два раза меньше оборотов мотора, при этом распылитель форсунки подвергается постоянному воздействию высокой температуры и топливных взрывов при контакте с камерой сгорания. Соответственно, такой элемент должен быть изготовлен из прочных и теплостойких материалов.

1. Топливный фильтр, хотя и является простейшим элементом в системе топливоподачи дизеля, все же его отсутствие не сможет обеспечить полноценную работу мотору. Его характеристики (уровень фильтрации и пропускной возможности) обязательно должны быть подобраны в соответствии с типом и показателями мощности силового агрегата. Помимо фильтрации солярки, фильтр еще играет роль отделителя воды. Для этого в его конструкции предусмотрен нижний слив закрытый пробкой. Зачастую на топливный фильтр устанавливается ручная помпа, которая необходима для откачки воздуха из системы.

Редко, но все же бывают топливные фильтры с электроподогревом, который в разы облегчает запуск агрегата в холодное время.

Особенности запуска дизельных моторов

Благодаря предпусковому подогреву возможен холодный запуск двигателя работающего на солярке. Действует предпусковой подогреватель так: внутри камер сгорания располагаются специальные электрические нагреватели – свечи накаливания. В момент включения зажигания эти элементы обеспечивают мгновенный прогрев камер сгорания, облегчая при этом процесс самовоспламенения рабочей смеси. Соответствующий индикатор в салоне сигнализирует о работе системы.

Как только индикатор погас – силовой агрегат прогрелся и готов к пуску. После запуска мотора на нагревательный элемент, в течение 15-20 сек, еще продолжает поступать электропитание. Это позволяет стабилизировать работу еще холодного двигателя. Отметим, что предпусковой подогреватель способен обеспечить свободный пуск мотору (при условии его полной исправности и наличии соответствующего дизтоплива) при температуре до -30 градусов.

Турбированный дизель

Эффективно увеличить мощность дизельного двигателя возможно только с применением турбонаддува . Благодаря ему в цилиндры дизеля при помощи насоса подается больше воздуха, в результате чего возрастает подача смеси, улучшается ее горение и увеличивается мощность мотора. Поскольку выхлопные газы дизельного двигателя имеют большее в 1,5-2 раза давление в отличие от бензиновых агрегатов, их турбокомпрессор работает эффективнее даже на малых оборотах, что позволяет турбированному дизелю избежать провалов в работе (так называемых «турбоям»).

Однако турбодизель не лишен и недостатков, которые в основном заключаются в несовершенстве конструкции турбокомпрессора. Его рабочий ресурс редко превышает пробег в 150 тыс. км, что гораздо меньше ресурса самого агрегата.

Преимущества использования системы Common-Rail

Благодаря системе электронного управления топливоподачей предусмотрен впрыск солярки двумя последовательными дозами в камеру сгорания. Вначале подается небольшая порция, необходимая для разогрева камеры, а после нее – уже основная. Подобная система дозировки топлива очень важна для дизельных силовых агрегатов, поскольку она обеспечивает плавный рост давления внутри камер сгорания, которое обусловлено меньшей шумностью мотора и его стабильной работой.

Применение системы Common-Rail позволяет сократить потребление топлива на 20%, при этом на 25% повысить крутящий момент коленвала при работе двигателя на низких оборотах.

Видео покажет устройство и принцип работы дизельного двигателя:

Видео расскажет о эксплуатации современных дизельных двигателей:

Если в нескольких словах описать принцип работы дизельного двигателя, то можно сказать, что зависит он во многом от давления, создаваемого в камере сгорания. Отличий от бензиновых моторов не очень много: имеется и блок, и ГБЦ, и форсунки, которые чем-то схожи с теми, которые используются в инжекторной системе впрыска. Единственное существенное отличие – топливо-воздушная смесь воспламеняется не от искры, которая проскакивает между электродами свечи, а от колоссального сжатия воздуха, которое нагревает и воспламеняет дизтопливо. Так как в цилиндрах очень высокое давление, то клапаны должны выдерживать большие нагрузки. Применяют дизельные моторы в большинстве своем на грузовиках, но нередко можно встретить и легковушки, работающие на дизтопливе.

Воспламенение топлива в дизельном двигателе

В основе дизельного мотора лежит компрессионное воспламенение топлива. Причем солярка, попадая в камеру сгорания, соединяется с нагретым воздухом. Вот и отличие в образовании смеси от бензинового двигателя – солярка и воздух в камеры сгорания поступают независимо, смешиваются непосредственно перед воспламенением. Сначала поступает некоторое количество воздуха. Когда он сжимается, начинается его нагревание (примерно до 800 градусов). Топливо поступает в цилиндр под давлением от 10 до 30 МПа. После этого оно воспламеняется. При работе возникает немало шума, а уровень вибраций достаточно высокий. По такому простому признаку легче всего отличить автомобиль с дизельным мотором. Кстати, в его конструкции свечи все-таки есть, вот только назначение у них совершенно иное. Они не воспламеняют смесь, а прогревают камеры сгорания, чтобы зимой проще было завести двигатель. Они так и называются – свечи накаливания.

Существуют как двух-, так и четырехтактные дизельные двигатели. Последние применяются на большинстве автомобилей и работают в таком режиме:

1. Такт впуска.
2. Происходит сжатие воздуха и впрыскивание топлива.
3. Взрыв горючей смеси, поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход.
4. Производится выпуск отработанных газов, начало первого такта.

Свечи накала дизельного двигателя

До некоторых пор дизтопливо имело низкую стоимость, поэтому экономия для владельцев дизельных машин была существенная. Но вот капитальный ремонт, например, обходится намного дороже, в отличие от бензинового мотора. Да и устройство дизельного двигателя для большей части автомобилистов малознакомо.

Какие типы дизельных моторов существуют

Если провести разделение по конструкции, то можно выделить всего три вида:

1. Двигатели, имеющие разделенную камеру сгорания. Суть проста – топливо-воздушная смесь поступает не сразу в камеру сгорания. Первоначально она попадает в отдельный отсек, называемый вихревой камерой. Эта камера расположена в ГБЦ. Между камерой сгорания и этим отсеком располагается небольшой канал. Именно в вихревой камере воздух способен сжаться до большого давления. Следовательно, его нагрев окажется сильнее и воспламенение топлива улучшается. В этом же отсеке происходит первоначальное воспламенение топлива. Затем процесс плавно переходит уже в основную камеру сгорания.
2. С камерой сгорания, не разделенной на отсеки. Такие моторы имеют максимальный уровень шума, зато топлива потребляют меньше. В поршне имеются небольшие углубления, в которые попадает топливная смесь. Воспламеняется она непосредственно над поршнем, после чего сила взрыва толкает его вниз.
3. Предкамерные ДВС имеют в своей конструкции вставную форкамеру. От нее к основной камере сгорания идет несколько тонких каналов. Большая часть характеристик дизельного двигателя такого типа (уровень шума, ресурс, токсичность, расход топлива, создаваемые вибрации, мощность) зависят от числа каналов, их толщины и формы.

Форсунки дизельного двигателя

Основные узлы топливной системы

Можно сказать, что топливная система – это основа дизельного мотора. Она подает под заранее установленным давлением топливо в камеру сгорания. Причем необходимо строго определенное количество солярки и воздуха. Основные элементы системы:

1. ТНВД (топливный насос высокого давления).
2. Топливный фильтр.
3. Форсунки.

Рассмотрим устройство топливной системы дизельного двигателя более подробно.

Топливный насос высокого давления

На автомобилях, которые сегодня можно встретить на дорогах, в основном, установлены насосы следующих типов:

1. Распределительные.
2. Плунжерные (рядные).

Функция насоса заключается в том, чтобы забрать из бака топливо и передать его к форсункам. Причем зависит его работа от многих параметров, среди которых давление воздуха в турбине, количество оборотов коленчатого вала и прочего. Главное отличие от насосов, устанавливаемых на простые бензиновые автомобили заключается в том, что насосу дизельного двигателя необходимо создать гораздо большее давление топлива, чтобы оно все-таки могло быть впрыснуто непосредственно в камеру сгорания, в которой и так уже находится воздух под высоким давлением.

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя

Топливный фильтр

Для каждого мотора предусмотрен свой, незаменимый, тип фильтра. Как видно из названия, необходим он для очистки солярки, поступающей из бака. Им будут задержаны любые, даже самые мелкие, частицы. Также он удаляет из системы излишки воздуха и влаги.

Топливные форсунки

Насос высокого давления имеет прочную связь с форсунками. Именно от этих двух элементов зависит, своевременно ли поступит топливо в камеру сгорания (а оно должно быть распылено в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке). В конструкции современного дизельного двигателя используют следующие типы форсунок:

1. Многодырчатые.
2. Имеющие шрифтовый распределитель.

Распределитель форсунок отвечает за форму факела, чтобы топливо равномерно поступало в камеру сгорания и его воспламенение происходило наиболее эффективно.

Предпусковой подогрев и турбина

Турбина дизельного двигателя

Система холодного пуска необходима для прогрева непосредственно перед запуском двигателя. Как уже упоминалось, в камере сгорания находятся свечи, которые работают по типу паяльника – в них расположена спираль, под действием электрического тока она нагревается до девятисот градусов. Весь воздух, поступающий в камеру сгорания, тоже нагревается. Такая система срабатывает непосредственно перед началом запуска и отключается через четверть минуты после того, как двигатель завелся. В процессе работы она не участвует. Благодаря этой системе в сильные морозы проще завести двигатель (если только солярка в баке и топливопроводе не приобретет желеобразный вид).

А вот система турбонаддува может значительно увеличить мощность, производимую двигателем. За счет нее происходит нагнетание большого количества воздуха. В результате этого процесс сгорания топлива значительно улучшается. Чтобы воздух поступал под давлением при любом режиме работы, устанавливается специальный турбонагнетатель. Рассмотрим в общих чертах устройство турбины дизельного двигателя. Турбина — представляет из себя две крыльчатки, расположенная на валу из стали. Причем одна из крыльчаток находится в выпускном коллекторе и раскручивается выпускными газами. При этом вал начинает передавать вращательное движение второй крыльчатке, находящейся уже во впускном коллекторе. С ее помощью создается дополнительное давление воздуха во впускном тракте. Система турбонаддува заключена в чугунный корпус. Как и все агрегаты двигателя корпус подвержен износу. Обороты крыльчатки очень высокие, именно по этой причине и происходит разрушение. Корпус турбины имеет форму улитки, поэтому в ней происходит сложное движение газового потока, приводящего в движение весь механизм наддува. При изготовлении турбины крайне важны точное литье и подгонка всех деталей.

Вместо заключения

Споры о недостатках и преимуществах дизельных двигателей звучат с момента их появления. Нельзя однозначно сказать, что именно дизельный мотор является правильным выбором. Выбрать или нет автомобиль с дизельным мотором — решение по-прежнему каждый принимает сам. Поэтому необходимо знать, как работает дизельный двигатель при различных нагрузках и в определенном климате.