Дизельный двигатель — устройство и принцип работы

Дизельный двигатель — это тип силового агрегата внутреннего сгорания, функционирующий по принципу самовоспламенения топлива.

Получил имя в честь инженера Рудольфа Дизеля из Германии, создавшего первый успешный прототип в конце 19-го века. Ниже кратко разберемся с историей появления, отличиямиот бензинового ДВС, устройством топливной системы, турбины, особенностями обслуживания и другими моментами.

История создания дизельного двигателя

Мотор разработан немецким инженером Рудольфом Дизелем. В возрасте 23 лет парень начал работу над идеей создания нового типа ДВС, который был бы более эффективным, чем существующие паровые и бензиновые двигатели. Он задумал принцип самовоспламенения топлива под высоким давлением.

После нескольких лет экспериментов и разработок Дизель представил первый прототип дизельного двигателя, который работал на жидком топливе. Мотор был прототипом, работающим на 25% дизтопливе и 75% углеводорода. В этом же году он подал заявку на патент, а в 1883-м еще одну.

В 1897-м Рудольф основал компанию Diesel-Motoren-Gesellschaft (DMG) для производства и распространения дизельных двигателей. Началась промышленная эксплуатация и развитие направления. В 20-е годы 20 века дизели получили широкую популярность в судоходстве, ж/д транспорте и в стационарных установках. Они были особенно востребованы в тяжелой технике и грузовых машинах, благодаря высокой мощности и эффективности.

Важно

В последующие годы дизельные двигатели продолжали развиваться и улучшаться. Внедрение новых технологий, таких как турбонаддув, электронное управление и системы очистки выхлопных газов, сделало их более эффективными, экологически чистыми и надежными.

Главное отличие от бензинового

Дизель в сравнении с конкурентом имеет ряд особенностей:

• Работа дизельного двигателя основана на принципе самовоспламенения. Воздух в цилиндре сдавливается до высокого давления, ДТ впрыскивается в сжатую среду. Горючее воспламеняется мгновенно под давлением, вызывая силовой ход поршня.
• Для работы используется дизтопливо, которое имеет более высокую плотность и содержит больше энергии на литр, чем бензин. 
• Используется система высокого давления для впрыска топлива непосредственно в цилиндр. Позволяет более эффективно контролировать процесс сжигания и повышает крутящий момент.
• Имеют более высокую тепловую эффективность. Это означает, что они преобразуют большую часть энергии топлива в механическую работу.

Классификация дизельных ДВС

При рассмотрении важно знать, какие дизельные двигатели существуют. Они различаются по ряду основных параметров:

• Принцип работы. Двухтактные и четырехтактные. Первые завершают полный цикл работы за два такта поршня (впуск и сжатие в одном такте, сгорание и выпуск во втором), а вторые — за четыре такта поршня (впуск, сжатие, сгорание и выпуск).
• Число цилиндров. 1-цилиндровые, 2-цилиндровые, 3-цилиндровые и многоцилиндровые. Могут иметь разное количество цилиндров, что влияет на мощность, плавность работы и общую конструкцию.
• Способ охлаждения. Воздушное — без использования жидкости (антифриза), применяется в маломощных ДВС. Жидкостное — охлаждается с помощью системы циркуляции жидкости.
• Применение — автомобильные, морские, стационарные (генераторы, насосные станции).

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Топливная система дизельного двигателя состоит из насоса, форсунки и топливного фильтра. Рассмотрим особенности каждого из элементов подробнее.

ТНВД

Основной компонент топливной системы, отвечает за подачу дизтоплива в цилиндры двигателя с высоким давлением, необходимым для обеспечения эффективного сгорания. Устройство ТНВД отличается в разных типах и моделях дизельных двигателей, но общие принципы работы и компоненты идентичны:

• Насос. Подает ДТ из топливного бака к инжекторам (форсункам) цилиндров двигателя. Создает высокое давление в топливной системе, обычно в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч пси.
• Регулятор давления. Контролирует давление в топливной системе дизельного двигателя и поддерживает его на определенном уровне. Обеспечивает стабильную подачу топлива к инжекторам и предотвращает излишнее или недостаточное давление.
• Подводящий насос (подкачка). Отвечает за подачу ДТ из топливного бака к основному насосу ТНВД. Это важно при использовании длинных топливных линий или при работе с низкими уровнями топлива.
• Распределитель. Определяет порядок и момент подачи дизтоплива в каждый цилиндр двигателя. Регулирует отправку топлива с учетом угла поворота коленвала и других параметров работы.
• Элементы управления. Контролируют функционирование насоса и других компонентов топливной системы. Могут включать датчики давления, положения коленвала, скорости вращения и иные параметры.

Форсунки

Базовая функция форсунок дизельного двигателя состоит в распылении и впрыскивании горючего в цилиндры в конкретный момент. Главные компоненты:

• Корпус. Форсунка состоит из металлического кожуха, где расположены внутренние компоненты. Изготавливается из высокопрочной стали или иных материалов, способных выдерживать высокие давления и температуры.
• Сопло. Через него происходит распыление топлива. Имеет специальную конструкцию, которая создает требуемую форму и угол для оптимального смешивания с воздухом в цилиндре.
• Игла форсунки. Имеет подвижную часть, которая контролирует открытие и закрытие сопла. Когда форсунка открыта, игла быстро поднимается, открывая отверстие и позволяя топливу впрыскиваться под давлением. При закрытии игла надежно закрывает сопло, предотвращая утечку.
• Электромагнит или гидравлический привод. Реагирует на сигналы управляющей системы двигателя, контролирует открытие и закрытие иглы.
• Датчики. Измеряют различные параметры, такие как давление топлива или температура, передают эти данные системе управления ДВС для оптимизации его функционирования.

Топливный фильтр

Задача фильтра дизельного двигателя состоит в очистке горючего от загрязнений, прежде чем оно попадет в ТНВД и форсунки. Помогает предотвратить повреждение и засорение компонентов системы и обеспечить надлежащую работу. Базовые компоненты:

• Корпус из металла или пластика. Содержит внутренние компоненты фильтра. Имеет вход и выход для подачи и отвода топлива.
• Фильтрующий элемент. Находится внутри корпуса и является основным компонентом, отвечающим за очистку топлива. Состоит из слоя материала с мельчайшими отверстиями или порами, которые задерживают загрязнения: песок, ржавчина, грязь, вода и другие частицы, присутствующие в ДТ.
• Дренажный клапан. Позволяет удалить накопившуюся вода или конденсат из фильтра. Находится в нижней части корпуса и открывается для слива воды.
• Уплотнительные кольца. Обеспечивают герметичность, предотвращают утечку топлива из системы.

Турбонаддув

Турбина на дизельный двигатель — это устройство, которое используется для увеличения впускного воздушного давления в цилиндрах. Позволяет повысить мощность и крутящий момент без превышения объема или потребления ДТ.

• Турбонаддув состоит из компрессорной и турбинной частей. Первая сжимает воздух из впускной системы и подает его в коллекторы двигателя. Вторая приводится в движение от выбросных газов ДВС и передает энергию компрессорной части для создания повышенного давления.
• Когда выбросные газы отходят от цилиндров, они проходят через коллектор впуска и попадают на турбинную крыльчатку. Действие выбросных газов приводит к вращению турбины. Последнее передается через вал к компрессорному колесу, которое начинает сжимать впускной воздух и подавать его во впускную систему двигателя.
• Компрессор увеличивает давление впуска воздуха в цилиндры двигателя. Это позволяет большему количеству кислорода войти в цилиндры, что улучшает процесс сгорания дизельного топлива, повышает эффективность работы ДВС и дает улучшенную производительность в широком диапазоне оборотов.

Система CommonRail

Топливная система широко применяется в дизельных двигателях для обеспечения точного и эффективного впрыска. Здесь используется высокое давление для подачи ДТ в инжекторы (форсунки) с помощью общей трубы.

Базовые элементы:

• ТНВД. Отвечает за создание и поддержание высокого давления топлива в общем райле. Питается топливом из бака и создает высокое давление, которое поддерживается на постоянном уровне.
• CommonRail.Труба из металла, к которой подсоединены форсунки цилиндров. Служит для подачи топлива каждой форсунке с одинаковым высоким давлением. 
• Датчики давления. Мониторят уровень давления в общем райле и передают информацию системе управления. Позволяет точно контролировать и регулировать процесс впрыска топлива.
• Форсунки (инжекторы). Отвечают за впрыскивание точного количества топлива в цилиндры двигателя. Работают под высоким давлением. Открываются на определенный момент, подают горючее с необходимой точностью и скоростью.
• Система управления. Контролирует подачу топлива и иные параметры работы двигателя. Использует информацию от датчиков давления и иных элементов, чтобы оптимизировать работу системы и обеспечить максимальную эффективность.

Как происходит запуск

Процесс запуска дизельного двигателя включает несколько этапов:

• Сжатие. Когда ключ зажигания поворачивается в положение "Start" или "Запуск", электрический сигнал отправляется к стартеру, который включается и приводит коленвал в движение. Последний вращается, что обеспечивает сжатие смеси воздуха и ДТ в цилиндре.
• Впрыск. При достижении верхней точки впрыскивается горючее в цилиндр под давлением с помощью форсунки.
• Самозажигание. ДТ самовозгорается под действием высокой температуры и сжатия. Это приводит к внезапному и энергичному сгоранию топлива, что ведет к началу работы двигателя.
• Сгорание. В момент самозажигания происходит расширение и создание силы. Это обеспечивает движение поршня вниз и приводу коленвала, который передает механическую энергию на приводные системы машины.
• Саморегуляция. После запуска ЭБУ автоматически регулирует различные параметры: скорость холостого хода, подача топлива и зажигание, чтобы обеспечить стабильную работу.

Достоинства и недостатки дизельного двигателя

Перед тем как купить авто с дизельным двигателем, важно разобраться с его слабыми и сильными сторонами.

Плюсы:

• экономичность, благодаря более высокой тепловой эффективности;
• большой крутящий момент, особенно на низких оборотах, что делает их идеальным выбором для тяжелых нагрузок и задач;
• прочная конструкция и более тяжелые компоненты, что делает их более долговечными и менее подверженными износу;
• большая надежность и меньшая вероятность поломок.

Минусы:

• высокие экологические выбросы азотных оксидов (NOx) и твердых частиц;
• большие затраты на покупку из-за более сложной конструкции и систем;
• повышенный уровень шума в сравнении с бензиновыми ДВС из-за большей силы сжатия;
• ограниченный диапазон оборотов.

Особенности обслуживания

Контроль состояния и ремонт дизельного двигателя имеет особенности, которые следует учитывать для обеспечения надлежащей работы и долговечности:

• Замена топливного фильтра. Дизтопливо может содержать примеси и загрязнения, поэтому регулярное обновление детали критически важно для предотвращения проникновения грязи и влаги в систему.
• Предварительный подогрев. В холодных условиях дизельные двигатели могут иметь проблемы с запуском из-за плохой воспламеняемости. Для решения проблемы рекомендуется предусмотреть предварительный нагрев.
• Проверка и обслуживание системы охлаждения, включая состояние контроль охлаждающей жидкости, радиатора и насоса для предотвращения перегрева.
• Замена масла для дизельных двигателей и фильтрующих элементов. Дизели работают под высоким давлением и имеют более сложную систему смазки, поэтому поддержание чистой рабочей жидкости и эффективного смазывающего устройства является критически важным.
• Обслуживание системы турбонаддува. Регулярная проверка и очистка турбины от загрязненийпомогает сохранить работоспособность и эффективность.
• Промывка форсунок. Последниемогут забиваться и требовать очистки для удаления накопившихся отложений. Регулярное обслуживание этих запчастей позволит сохранить работоспособность и эффективность впрыска.
• Проверка и замена фильтров воздуха. Поддерживает надлежащую воздушную подачу и предотвращает проникновение загрязнений в двигатель.

Важно следовать рекомендациям производителя по обслуживанию и замене компонентов дизельного двигателя. Регулярное обслуживание поможет сохранить долговечность и надежность.

Итог

Дизельные двигатели имеют свои слабые и сильные стороны, которые необходимо учитывать при выборе и обслуживании. 

Они обеспечивают высокую экономичность, большой момент и долговечность, что делает их привлекательными для тяжелых нагрузок и длительных поездок. Параллельно они выделяютсявысокими экологическими выбросами, более шумной работой и высокой стоимостью при покупке.