Принцип работы дизельного двигателя выглядит как самовоспламенение подающегося распыленного топлива при взаимодействии с разогретым при сжатии воздухом. В двух словах не совсем понятно, о чем идет речь, поэтому данную статью посвятим полностью дизельному двигателю.

Устройство дизельного двигателя – основные детали

Такие движки обладают как рядом преимуществ, так и рядом недостатков. К первым можно отнести: принцип его работы идеально подходит для тяжелых грузовиков; он более экономичен по сравнению с бензиновым силовым агрегатом. Недостатки: сам процесс сгорания топлива равносилен взрыву, что уже само по себе не может быть достоинством; топливная аппаратура имеет достаточно сложную конструкцию, поэтому, если она выйдет из строя, вам хорошенько придется повозиться; развиваемая скорость будет меньше, чем при работе на бензиновых моторах.

Устройство дизельного двигателя представлено следующим образом. Начинается все с впускного клапана, посредством которого воздух может попасть в рабочие цилиндры. Поршень создает необходимое давление, чтобы попадаемый воздух нагрелся до требуемой температуры, а коленчатый вал воспринимает усилие, поступающее от поршня, и преобразует его в крутящий момент. Вот вкратце так и выглядит работа дизельного двигателя.

Принцип работы дизельного двигателя – выбираем тип камеры сгорания

Области для воспламенения топлива бывают двух типов, в зависимости от вида самого . Неразделенная камера сгорания находится в поршне, топливо же в этом случае впрыскивается в надпоршневое пространство. В этом случае вы можете рассчитывать на экономичность, так как расход горючей смеси будет минимальным, однако отрицательным моментом послужит повышенный шум, особенно во время холостого хода.

В разделенных камерах сгорания подача топлива осуществляется в отдельную камеру, которая посредством специального канала связана с цилиндром. Обеспечивается отличное перемешивание топлива с воздухом, только после этого оно уже подается в рабочее пространство, что способствует более качественному сгоранию смеси. Это повышает чистоту выбросов, долговечность мотора и мощность авто.

Как работает дизельный двигатель – тактность мотора

Схема работы дизельного двигателя бывает двухтактной и четырехтактной . В первом случае работа происходит следующим образом: во время рабочего хода поршень передвигается вниз, при этом открываются выпускные отверстия в цилиндре и из него выходят выхлопные газы. В это же время (иногда чуть позже) открывают ход впускные окна, осуществляется продувка воздухом. Далее поршень начинает движение вверх, все окна закрываются, и происходит процесс сжатия воздуха. Перед тем, как поршень достиг ВМТ (высшая мертвая точка), топливо распыляется из форсунки, происходит взрыв, и весь процесс повторяется заново.

Важно знать, как работает дизельный двигатель и по четырехтактной схеме. В первый такт делается впуск воздуха, в это же время открыт и выхлопной клапан. Второй такт соответствует сжатию воздуха, чтобы он достиг необходимой температуры. На третьем такте впрыскивается горючая смесь в камеру сгорании, и в результате взаимодействия с разогретым воздухом происходит взрыв. Во время четвертого такта осуществляется вывод выхлопных газов из тела цилиндра.

Четырехтактный мотор при прочих равных параметрах имеет меньшую мощность, чем двухтактный, но обладает большим КПД и более эффективной степенью сжигания топлива.

Как устроен дизельный двигатель – современные реалии

Устройство современного дизельного двигателя оснащено компьютерным управлением подачи топлива. Эта система позволяет осуществлять впрыскивание горючей смеси в цилиндры дозированными порциями. Данный момент является весьма важным для дизельных силовых агрегатов, так как при такой подаче давление, возникающее в камере сгорания, нарастает плавно без возникновения разного рода «рывков», а это как нельзя лучше способствует мягкой и бесшумной работе силового агрегата.

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.

Как известно, дизельные моторы дороже в обслуживании и тем более в ремонте, из-за того, что их узлы и детали ( или топливный насос высокого давления, насос форсунка, турбокомпрессор, форсунка) изготовлены с максимально высокой точностью. При этом они, как правило, экономичнее бензиновых и обладают более высоким КПД (коэффициентом полезного действия) — на 10-14 процентов. Кроме того современные дизеля имеют большую мощность и отличную приёмистость. А для еще большего увеличения мощностных и тяговых характеристик дизельные моторы оснащают и .

Принцип работы дизельного двигателя и его отличие от бензинового собрата.

Принципы работы дизельных и бензиновых движков, как уже отмечалось выше, абсолютно различны.

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания (карбюраторных, инжекторных) приготовление смеси, как правило, происходит во впускном тракте: в цилиндр подается уже готовая смесь, которая там загорается при помощи свечи зажигания в момент сжатия.

В дизельных моторах все не так, и смесеобразование происходит прямо в цилиндре. Воспламенителем при этом является воздух, который при сжатии нагревается и воспламеняет дизельное топливо. Само это топливо подается в камеру сгорания форсункой и топливным насосом высокого давления (насосом-форсунки) под высоким давлением.

Теперь познакомимся с этим процессом подробнее, по тактам. Кстати, количество последних у дизельных и бензиновых двигателей равно (четырем). Рассмотрим каждый из тактов.

Первым тактом у дизельного мотора является такт впуска.

В период прохождения первого такта поршень двигается с верхней мертвой точки (вмт) в нижнюю (нмт). На данном этапе впускной клапан открыт, в то время как выпускной, естественно, закрыт. Когда поршень двигается в нмт, создается разряжение и цилиндр мотора заполняется воздухом, который перед тем, как попасть цилиндр, очищается от механических примесей в воздушном фильтре.

Вторым тактом будет такт сжатия.

В этот момент времени клапаны (впускной и впускной) закрыты и поршень движется из нмт в вмт. И так как клапаны закрыты, воздуху деваться некуда, поэтому он сжимается, создавая высокое давление, и нагревается — до 800 градусов Цельсия.

Третий такт — такт расширения (рабочий ход).

Во время движения поршня в вмт дизельное топливо по средством форсунки подается в цилиндр под высоким давлением (от 150 до 300 Bar) и там распыляется. В процессе распыления топлива происходит его смешение с горячим воздухом и, следовательно, его последующее воспламенение. При горении смеси температура в цилиндре стремительно повышается — до 1750 -1800 градусов Цельсия. Одновременно с этим растет и давление, которое достигает 10-12 Мпа. Образуются газы, которые толкают поршень сверху вниз. Перемещаясь вниз, поршень выполняет предписанную ему работу. В нмт давление снижается вместе с температурой.

Несколько отличается от бензиновых аналогов. Главным отличием можно считать воспламенение топливно-воздушной смеси, которое происходит не от внешнего источника (искры зажигания), а от сильного сжатия и нагрева.

Другими словами, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение топлива. При этом горючее должно подаваться под крайне высоким давлением, так как необходимо максимально эффективно распылить горючее в цилиндрах дизельного мотора. В этой статье мы поговорим о том, какие системы впрыска дизельных двигателей сегодня активно используются, а также рассмотрим их устройство и принцип работы.

Читайте в этой статье

Как работает топливная система дизельного двигателя

Как уже было сказано выше, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение рабочей смеси топлива и воздуха. При этом сначала в цилиндр подается только воздух, затем этот воздух сильно сжимается и нагревается от сжатия. Чтобы произошло возгорание, нужно подать ближе к концу такта сжатия.

С учетом того, что воздух сильно сжимается, горючее также необходимо впрыснуть под высоким давлением и эффективно распылить. В различных дизельных давление впрыска может отличаться, начиная, в среднем, с отметки в 100 атмосфер и заканчивая впечатляющим показателем более 2 тыс. атмосфер.

Для наиболее эффективной подачи топлива и обеспечения оптимальных условий для самовоспламенения заряда с последующим полноценным сгоранием смеси топливный впрыск реализован через дизельную форсунку.

Получается, независимо от того, какой тип системы питания используется, в дизельных двигателях всегда присутствуют два основных элемента:

• устройство для создания высокого давления топлива;

Другими словами, на многих дизелях давление создает (топливный насос высокого давления), а подача дизтоплива в цилиндры происходит через форсунки. Что касается отличий, в разных системах топливоподачи насос может иметь ту или иную конструкцию, также по своему устройству отличаются и сами дизельные форсунки.

Еще системы питания могут отличаться по расположению тех или иных составных элементов, имеют разные схемы управления и т.д. Давайте рассмотрим системы впрыска дизельных двигателей более подробно.

Системы питания дизельных двигателей: обзор

Если разделить системы питания дизельных моторов, которые получили наибольшее распространение, можно выделить следующие решения:

• Система питания, в основе которой лежит ТНВД рядного типа (рядный ТНВД);
• Система топливоподачи, которая имеет ТНВД распределительного типа;
• Решения с насос-форсунками;
• Топливный впрыск Common Rail (аккумулятор высокого давления в общей магистрали).

Указанные системы также имеют большое количество подвидов, при этом в каждом случае тот или иной тип является основным.

• Итак, начнем с самой простой схемы, которая предполагает наличие рядного топливного насоса. Рядный ТНВД представляет собой давно известное и проверенное решение, которое используется на дизелях не один десяток лет. Такой насос активно используется на спецтехнике, грузовиках, автобусах и т.д. Если сравнивать его с другими системами, насос достаточно большой по своим габаритам и весу.

В двух словах, в основе рядного ТНВД лежат . Их количество равняется количеству цилиндров двигателя. Плунжерная пара представляет собой цилиндр, который движется в «стакане» (гильзе). При движении вверх происходит сжатие топлива. Затем, когда давление достигает необходимого показателя, происходит открытие специального клапана.

В результате предварительно сжатое топливо поступает на форсунку, после чего происходит впрыск. После того, как плунжер начнет двигаться обратно вниз, открывается канал для впуска топлива. Через канал горючее заполняет пространство над плунжером, далее цикл повторяется. Чтобы солярка попадала в плунжерные пары, дополнительно в системе имеется отдельный подкачивающий насос.

Сами плунжеры работают благодаря тому, что в устройстве насоса имеется кулачковый вал. Этот вал работает подобно , где кулачки «толкают» клапана. Сам вал насоса приводится от двигателя, так как ТНВД соединен с мотором при помощи муфты опережения впрыска. Указанная муфта позволяет корректировать работу и подстраивать ТНВД в процессе эксплуатации двигателя.

• Система питания с распределительным насосом не сильно отличается от схемы с рядным ТНВД. Распределительный ТНВД похож на рядный по конструкции, при этом в нем уменьшено количество плунжерных пар.

Другими словами, если в рядном насосе пары необходимы на каждый цилиндр, то в распределительном достаточно 1 или 2 плунжерных пар. Дело в том, что одной пары в этом случае достаточно для подачи горючего в 2, 3 или даже 6 цилиндров.

Это стало возможным благодаря тому, что плунжер получил возможность не только двигаться вверх (сжатие) и вниз (впуск), но также вращаться вокруг оси. Такое вращение позволило реализовать поочередное открытие выпускных отверстий, через которые дизтопливо под высоким давлением подается на форсунки.

Дальнейшее развитие этой схемы привело к появлению более современного роторного ТНВД. В таком насосе применен ротор, в котором установлены плунжеры. Указанные плунжеры движутся навстречу по отношению друг к другу, а ротор осуществляет вращение. Так происходит сжатие и распределение солярки по цилиндрам мотора.

Главным плюсом распределительного насоса и его разновидностей является сниженный вес и компактность. При этом настраивать данное устройство сложнее. По этой причине дополнительно используются схемы электронного управления и регулировки.

• Система питания типа «насос-форсунка» представляет собой схему, где изначально отсутствует отдельный ТНВД. Если точнее, форсунка и насосная секция были объединены в одном корпусе. В основе лежит уже знакомая плунжерная пара.

Решение имеет ряд преимуществ по сравнению с системами, в которых использован ТНВД. Прежде всего, можно легко отрегулировать подачу топлива в отдельные цилиндры. Также в случае выхода одной форсунки из строя, остальные будут работать.

Также использование насос-форсунок позволяет избавиться от отдельного привода ТНВД. Плунжеры в насос-форсунке приводятся в действие от распредвала ГРМ, который установлен в . Такие особенности позволили дизельным моторам с насос-форсунками получить широкое распространение не только на грузовиках, но и на крупных легковых автомобилях (например, дизельные внедорожники).

• Система Сommon Rail является одной из самых современных решений в области топливного впрыска. Также данная схема питания позволяет добиться максимальной экономичности одновременно с высоким . Параллельно снижается и токсичность отработавших газов.

Система была разработана немецкой фирмой Bosch в 90-х годах. С учетом очевидных преимуществ за короткое время подавляющее большинство дизельных ДВС на легковых и грузовых авто стали оснащать исключительно Сommon Rail.

Общая схема устройства основана на так называемом аккумуляторе высокого давления. Если просто, горючее находится под постоянным давлением, после чего подается к форсункам. Что касается аккумулятора давления, данный аккумулятор фактически является топливной магистралью, куда горючее нагнетается при помощи отдельного ТНВД.

Система Сommon Rail частично напоминает бензиновый инжекторный двигатель, который имеет топливную рампу с форсунками. Бензин в рампу (топливную рейку) нагнетается под небольшим давлением бензонасосом из бака. В дизеле давление намного выше, горючее нагнетает ТНВД.

Благодаря тому, что давление в аккумуляторе постоянное, стало возможным реализовать быстрый и «многослойный» впрыск топлива через форсунки. Современные системы в двигателях Common Rail позволяют форсункам сделать до 9 дозированных впрысков.

В результате дизельный двигатель с такой системой питания экономичный, производительный, работает мягко, тихо и эластично. Также использование аккумулятора давления позволило сделать конструкцию ТНВД на дизельных моторах более простой.

Добавим, что высокоточный впрыск на двигателях Common Rail является полностью электронным, так как за работой системы следит отдельный блок управления. В системе используется группа датчиков, которые позволяют контроллеру точно определить, сколько дизтоплива нужно подать в цилиндры и в какой момент.

Подведем итоги

Как видно, каждая из рассмотренных систем питания дизельного двигателя имеет свои преимущества и недостатки. Если говорить о простейших решениях с рядным ТНВД, их главным плюсом можно считать возможность ремонта и доступность обслуживания.

В схемах с насос-форсунками нужно помнить о том, что данные элементы чувствительны к качеству топлива и его чистоте. Попадание даже мельчайших частиц может вывести из строя насос-форсунку, в результате чего дорогостоящий элемент потребует замены.

Что касается систем Common Rail, главным недостатком является не только высокая начальная стоимость таких решений, но и сложность и дороговизна последующего ремонта и обслуживания. По этой причине за качеством топлива и состоянием топливных фильтров нужно постоянно следить, а также своевременно проводить плановое обслуживание.

Читайте также

Виды дизельных форсунок в разных системах подачи топлива под высоким давлением. Принцип работы, способы управления форсунками, конструктивные особенности.