Устройство дизельного и карбюраторного двигателей автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сначала дизельные двигатели устанавливались только на грузовые авто, суда и армейскую технику -- то есть туда, в каком месте необходима надежность и экономичность, а габариты, вес и удобство позволительно принести в жертву.

Улучшение технологий в моторостроении привело к выходу в свет двигателей, которые стало возможно использовать и в легковых автомобилях. 1-ое такое серийное авто создали издавна -- в 1935 году. Это было такси mercedes-benz 260 (w170). Быстрый подъем популярности дизельных двигателей пришелся на бензинный кризис 70-х годов, с данного периода дизель крепко захватил себе местечко под капотом легковых автомашин и джипов -- от самых массовых до представительского класса.

С конца 90-х годов стартовал свежий подъем репутации дизельных двигателей, соединенный с совершенствованием их системы, введением электроники в системы топливопередачи и управления движком. Инновационные дизели последних поколений впритык приблизились к бензиновым моторам, что касается шума и удельных черт (вес, мощность на единицу объема), храня при данных достоинства в экономичности и прочности.

Принципиально различие содержится в методах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового двигателя смесь появляется во впускной системе, а в цилиндре загорается искрой свечки зажигания. В дизельном движке подача горючего и воздуха протекает отдельно. Сначала в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, в то время когда он разогревается до температуры 700-800 град. С, в камеру сгорания форсунками, под огромным давлением (10-30 мпа) впрыскивается горючее, которое практически моментально самовоспламеняется.

К своеобразным недочетам дизельных движков традиционно относят завышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и проблемы холодного пуска. Стоит подметить, что это относится в большей ступени к старым системам, а в новых данные трудности уже никак не считаются настолько очевидными.

Более часто встречающимся на легковых авто считается иной вид дизельного двигателя -- с отдельной камерой сгорания. В них впрыск горючего исполняется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Традиционно используется вихревая камера, произведенная в головке блока цилиндров и объединенная с цилиндром особым каналом так, чтоб при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что существенно делает лучше процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовозгорание в данном случае наступает в вихревой камере, а потом длится в основной камере сгорания. При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что содействует понижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют подавляющее большинство среди устанавливаемых на легковые авто и джипы (возле 90 %). Наименее распространены предкамерные дизели, имеющие особую вставную форкамеру, соединенную с цилиндром несколькими маленькими каналами. Их форма и сечение подбирают так, чтобы между цилиндром и форкамерой появлялся перепад давления, который вызывает движение газов с немалой скоростью. Таковая система позволяет обеспечить большой ресурс, низкую степень шума и токсичности, а еще пологую характеристику вращающего момента.

Важной системой дизеля, характеризующей надежность и эффективность его работы, считается система топливоподачи. Главная ее функция -- подача строго определенного количества горючего в данный момент и с данным давлением. Высокое давление горючего и запросы к точности делают топливную систему дизеля трудной и недешевой. Основными ее составляющими являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр. ТНВД нужен для подачи горючего к форсункам по строго определенной системе, в зависимости от режима работы мотора и управляющих действий водителя.

По сути дела современный всережимный ТНВД имеет в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного приспособления, отрабатывающего команды водителя. Оказывая давление на педаль газа, водитель не увеличивает конкретно подачу горючего, а только заменяет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от количества оборотов, давления наддува, расположения рычага регулятора и т.п. на джипах нашего времени традиционно используются ТНВД 2-ух типов: рядные многоплунжерные и распределительного вида. Рядные насосы в данное время используются изредка, хотя по своей системе являются более надежными. Более распространены ТНВД распределительного типа. В данных ТНВД система нагнетания включает в себя один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания горючего и вращательное для распределения горючего по форсункам. Насосы данного вида нашли широкое применение на легковых дизелях. Они компактны, различаются высокой равномерностью подачи горючего по цилиндрам и хорошей работой на больших оборотах, благодаря быстродействию регуляторов. В то же время данные насосы предъявляют довольно высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: так как все их составляющие смазываются топливом, а зазоры в прецизионных деталях совсем малы. С начала 90-х годов стала внедряться электронная система управления дизельным двигателем, которая позволила улучшить подачу горючего на всех режимах и за счет этого улучшить экономичность, понизить численность вредоносных выбросов и шумность работы двигателей. Электроника позволяет сменить на всех перечисленных типах насосов сложные механические регуляторы наиболее простыми и точными. Нагнетательная часть ТНВД при этом остается неизменной.

Прохладный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставляют электрические нагревательные элементы -- свечи накаливания. При включении зажигания свечки за несколько секунд нагреваются до 800-900 град. С, обеспечивая тем самым повышение температуры воздуха в камере сгорания и делая легче процесс самовозгорание горючего. О работе системы водителя в кабине информирует контрольная лампочка. Погасание контрольной лампы говорит о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматом, однако через 15-25 секунд после пуска, чтоб стабилизировать работу непрогретого мотора. Инновационные системы предпускового подогрева гарантируют легкий пуск рабочего дизеля до температуры 25-30 град С, очевидно, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

Действенным средством увеличения силы и гибкости работы дизеля считается турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и поэтому увеличить подачу горючего на рабочем цикле, в итоге чего возрастает мощность мотора. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза больше, нежели у бензинового двигателя, что позволяет турбокомпрессору организовать действенный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала -- «турбоямы». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить действенное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На почти всех авто устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха -- интеркулер, который позволяет поднять общее наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Турбонаддув, кроме всего остального, работает для джипа средством повышения «высотности» мотора -- в высокогорных районах, где атмосферному дизелю никак не хватает воздуха, наддув улучшает сгорание и позволяет убавить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недочеты, связанные, прежде всего с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора значительно меньше ресурса мотора и не превышает 150 тыс. клм. турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Повреждённая конструкция имеет возможность полностью вывести из строя сам движок. Не считая того, собственный ресурс турбодизеля ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования.

В обыкновенном дизельном двигателе любая секция насоса высокого давления нагнетает солярку в «индивидуальный» топливопровод (ведущий к конкретной форсунке). Внутренний его диаметр чаще всего составляет 1,6--2 мм, а наружный -- 6--7 мм, то есть стенки довольно толстые. Однако когда под высочайшим давлением в 1300--2000 атмосфер по нему «прогоняется» доля горючего, трубка раздувается. И сразу когда эта солярка уходит в форсунку, топливопровод опять сдавливается. Поэтому вслед заданной порции горючего к форсунке обязательно «подкачивается» крошечная излишняя величина. Эта капля, сгорая, усиливает расход горючего, увеличивает дымность двигателя, правда и процесс ее сжигания далеко не полноценный. Кроме того сами пульсации отдельных трубопроводов увеличивают шумность работы мотора. С ростом оборотистости передовых дизелей (по 4000--5000 о/мин) это стало привозить заметные неудобства.

Некоторое количество компаний со временем отыскали успешное инженерное решение задачи. По разработанной ими схеме, топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод -- топливную рампу, которая выполняет роль ресивера. В данном промежуточном звене вмещается неизменный размер солярки, которая располагается не перед пульсирующим давлением, а перед постоянным -- около 1300 атмосфер. Что же касается форсунок, то сегодня они раскрываются не гидромеханическим методом (от увеличения давления в трубопроводе), а электронным -- от сигнала, подаваемого на соленоид форсунки. Датчики докладывают компьютеру, управляющему работой форсунок, информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме мотора, его перегрузке и т.д. на ее основе компьютер назначает необходимую для работы двигателя численность горючего и момент его подачи. Таковым образом «змея» не лихорадочно проталкивает по пищевому тракту «пищу», а действует в строгом согласовании с решениями, принимаемыми ее электронным мозгом.

Дизельные двигатели так же перешли на новое поколение устройств. Компьютерное управление подачей горючего разрешило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра 2-мя точно дозированными порциями, что ранее сделать было нереально. Поначалу поступает крошечная, где-то около милиграмма, доза, которая при сгорании увеличивает температуру в камере, а вслед идет основной «заряд». Для дизеля -- мотора с воспламенением горючего от сжатия -- это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания увеличивается наиболее плавно, без «рывка». Вследствие этого двигатель действует мягче и не так громко. Однако главное -- система «common-rail» полностью ликвидирует впрыск в камеру сгорания «досыльной» порции горючего. В итоге расход горючего движком сокращается приблизительно на 20%, а крутящий момент на небольших оборотах коленвала растет на 25%. еще уменьшается количество в выхлопе сажи и снижается шумность работы двигателя. Современные изменения в системе подачи горючего к форсункам дизелей стали вероятны только благодаря развитию электроники. Я расскажу в своём реферате о истории дизельного двигателя, как Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя». Принцип работы четырехтактного и двухтактного. Варианты конструкции, реверсивные двигатели. Преимущества и недостатки дизеля. Сферы применения дизельного двигателя, и мифы о дизельных двигателях.

В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец, названный «дизель-мотором», был построен дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.

Интересно, что в написанной им книге в качестве идеального топлива предлагалась каменноугольная пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива -- прежде всего из-за высоких абразивных свойств, как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также наблюдались большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя дизель и был первым, кто запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи.

Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество -- топливную эффективность.

В 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», т.е. дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «тринклер-мотором». При сопоставлении двигателей постройки «дизель-мотора» и «тринклер-мотора», русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, была гораздо более совершенной и перспективной. «Тринклер-моторы» не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем дизеля. Российская конструкция оказалось проще, надежнее и перспективнее немецкой.

В 1947 г. состоялось расширенное заседание парижской академии наук, где постановили:

1. Закрепить приоритет за Россией в создании бескомпрессорного двигателя с воспламенением от сжатия (цикл тринклера).

2. Сохранить для всех двигателей, работающих с воспламенением от сжатия название «дизель-мотор», чтобы отметить научный и технический вклад Рудольфа Дизеля в энергетическое машиностроение.

В настоящее время используется термин «двигатель дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20--30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях, в 50 -- 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих.

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилях, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время предлагают как минимум по одной модели с дизельным двигателем их пассажирских автомобилей.

1й такт. Впуск. Клапан впуска открывается, воздух поступает в цилиндр и клапан сразу закрывается.

2й такт. Сжатие. Поршень, дойдя до ВМТ (верхняя мертвая точка далее), сжимает воздух в 20 раз, после чего в горячей среде распыляется топливо через форсунку.

3й такт. Расширение. После распыления топлива в горячем воздухе, оно сгорает, двигая поршень вниз.

4й такт. Выпуск и продувка. Поршень идёт вверх, клапан выпуска открывается, происходит выпуск и продувка, дойдя до вмт, клапаны закрываются.

Далее повторяются все 4 такта.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

Дизель с неразделённой камерой («дизель с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство -- минимальный расход топлива. Недостаток -- повышенный шум. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.

Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемых топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие худшей экономичности последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла. поршень идёт вниз, открывая впускное и выпускное окно. воздух поступает в цилиндр и в это же время выходят отработавшие газы. когда поршень идёт вверх - все окна закрываются. происходит сжатие - это первый такт. через форсунки распыляется топливо и оно загорается. Происходит такт расширения -- поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т.д. и т.п.

Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой. Существует также клапанно-щелевая продувка, когда отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха. Есть ещё двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня (оппозитная схема); каждый поршень управляет своими окнами -- один впускными, другой выпускными (такая система использовалась на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10, танковых двигателях 4тпд, 5тд(ф) (т-64), 6тд (т-80уд), 6тд-2 (т-84), в авиации -- на бомбардировщиках Юнкерс).

Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6 -- 1,7 раз.

В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100.000 л.с.

В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.

Двигатели могут быть тронковыми (когда шатун непосредственно присоединяется к поршню) и крейцкопфными (когда верхняя часть шатуна присоединяется к крейцкопфу -- специальной скользящей конструкции, которая соединяется с поршнем штоком). Крейцкопфные двигатели позволяют снизить износ цилиндра и поршня, поскольку они освобождены от боковых усилий; зато тронковые двигатели намного меньше по размеру и весу. В настоящее время крейцкопфные двигатели используются только на больших морских судах.

Крейцкопфные двигатели могут быть двойного действия, когда рабочие полости устраиваются с обеих сторон поршня или 2 поршня движутся навстречу. Из-за сложности конструкции двигатели двойного действия почти не используют.

Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор. электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе.

Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала -- здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива).

Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами.

бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, man s80me-c7 тратит только 155 гр на квт*ч, достигая эффективности 54,4 %).[2] дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты -- смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя. Это послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Юнкерс, а также советский тяжелый бомбардировщик пе-8 и ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями ач-30 и ач-40 конструкции а. д. Чаромского и т. м. Мелькумова). На максимальной эксплуатационной мощности смесь в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи («тепловоз дает медведя»).

Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя.

По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах -- это углеводороды (НС или СН), оксиды (окислы) азота (Noх) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Они могут привести к астме и раку лёгких. Больше всего загрязняют атмосферу дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и также способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта, в частности, у танков т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности (мощности, снимаемой с единицы массы мотора), а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата.

Конечно, существуют и недостатки, среди которых характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.

Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой «common-rail» системы. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный -- и экологически такой же чистый, как и бензиновый -- дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших системах «common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра». «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки «сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы -- и так называемого «интеркулера» -- то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.

В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давлениям сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.

Дизельный двигатель слишком медленный

Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип audi r10, выигравший 24-х часовую гонку в ле-мане, и новые двигатели bmw, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.

Правильно настроенный дизель лишь немного «громче» бензинового, что заметно лишь на холостых оборотах. В рабочих режимах разницы практически нет. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично -- от 2-х до 5-ти импульсов).

Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 10-30 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 мдж/кг) меньше чем у бензина (44-47 мдж/кг)[3], основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше[4]. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400--600 тысяч километров. Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут не намного меньше, чем у бензинового.

При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет. Например, дизельный двигатель VW-audi 1,9 TDI (77 квт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.

Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе -- газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также -- кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.

Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.

2. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО И КАРБЮРАТОРНОГО) УСТРАНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие изменения в системе питания дизелей произошли в последние годы, что сделало эти двигатели более пригодными для применения не только на грузовых, но и на современных легковых автомобилях. Более дешевое топливо, высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками -- шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.

Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700-900 °с) от сжатия в цилиндрах (3-5 мпа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.

Дизельное топливо отличается от бензина более высокой плотностью и смазывающей способностью. Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45-50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа.

Существует два варианта процесса смесеобразования в дизелях, обусловленных формой камеры сгорания. В первом варианте топливо впрыскивается в предварительную камеру (предкамеру), а во втором варианте впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, выполненную в поршне.

Двигатели, выполненные по первому варианту, называются дизелями с разделенной камерой сгорания и обозначаются IDI (in direct injection), а выполненные по второму варианту -- дизелями с непосредственным впрыском -- DI (direct injection). Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.

Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время. В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива.

В систему питания дизеля входят:

- топливный бак,

- топливные фильтры,

- топливный насос высокого давления (ТНВД),

- форсунки,

- воздушный фильтр и система выпуска отработавших газов.

Для облегчения пуска дизеля в холодное время часто применяются свечи накаливания, которые отличаются от искровых свечей зажигания тем, что они являются просто электрическими нагревателями и подогревают холодный воздух перед подачей его в цилиндры двигателя в процессе пуска. Топливный бак должен удовлетворять требованиям безопасности. Топливо из бака поступает в нагнетательный трубопровод, а затем к топливному фильтру, с помощью подкачивающего насоса. Топливный фильтр должен очистить топливо от возможных загрязнений, чтобы механические примеси не попали в ТНВД и далее. К топливному баку присоединяется также сливной трубопровод, по которому в бак сливаются излишки топлива из ТНВД и форсунок.

Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой BOSCH еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.

ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью -- распылителями -- в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.

Воздушный фильтр устанавливается на впускном трубопроводе двигателя и очищает поступающий в цилиндры воздух. Выпускная система содержит трубопроводы, глушитель и часто оборудуется каталитическими нейтрализаторами и другими устройствами для снижения количества вредных веществ в отработавших газах.

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.

Эта система служит для приготовления горючей смеси, подачи ее к цилиндрам двигателя и отвода от них продуктов сгорания. В систему питания входят устройства, обеспечивающие подачу и очистку топлива и воздуха, приготовления горючей смеси, отвод отработавших газов и глушение шума при выпуске, хранение запасов топлива и контроль его качества.

В системе питания карбюраторного двигателя бензин из бака через открытый кран, фильтр - отстойник и топливопроводы подается насосом к карбюратору. Одновременно из подкапотного пространства или канала через воздушный фильтр в карбюратор засасывается очищенный воздух, который, смешиваясь с паром и мелкораспыленными частицами бензина, образует горючую смесь, поступающую через выпускной газопровод в цилиндры двигателя. Из цилиндров отработанные газы через выпускной газопровод отводятся в приемные трубы, из них - к глушителю, который не только снижает шум, но и гасит пламя и искры от отработавших газов при выходе через выпускную трубу.

Глушитель грузового автомобиля представляет собой цилиндрический корпус, который перегородками разделен на ряд полостей и имеет переднее и заднее днища с патрубками и три трубы со щелевидными отверстиями.

Проверка давления нагнетания топливного насоса

Запустите двигатель на холостом ходу, чтобы заполнить топливом поплавковую камеру карбюратора.

Остановите двигатель.

Отсоедините от топливного насоса трубку отвода топлива к карбюратору и подсоедините к нагнетательному патрубку насоса прозрачную трубку. Другой конец которой присоедините к манометру.

Установите манометр как можно выше (прозрачная трубка должна быть расположена почти вертикально). Запустите двигатель и оставьте его работать при частоте вращения коленчатого вала 1000 об/мин.

Измерьте манометром давление нагнетания топлива насосом, которое должно быть не менее 0,170-0,325 кг/см2.

Если оно превышает указанные пределы, поставьте дополнительные прокладки между насосом и теплоизолирующей проставкой.

Если давление нагнетания меньше нормы, то проверьте состояние трубопровода подвода топлива и топливного фильтра.

Дайте поработать двигателю, пока давление нагнетания не стабилизируется.

Пережмите трубку слива топлива.

Проверьте, увеличивается ли давление нагнетания.

Если величина давления не изменилась, проверьте, выходит ли топливо из нагнетательного патрубка насоса, а также состояние трубки слива топлива, которая не должна иметь перегибов, следов сжатия и других повреждений.

Топливный бак и топливопроводы карбюраторных двигателей:

Пусковое устройство карбюратора: