Конструктивные особенности дизельного двигателя

Плюсы и минусы турбированных движков

Как любое устройство, турбированный двигатель обладает определенными преимуществами и недостатками. В список достоинств данного двигателя входят следующие пункты:

  1. Существенное повышение мощности, а также крутящего момента двигателя на 70% по сравнению с атмосферным аналогом, что является основной целью конструктивного изменения агрегата.
  2. Уменьшение расхода бензина или дизтоплива из расчета на единицу мощности.
  3. Улучшение экологических характеристик выхлопных газов благодаря работе турбокомпрессора, а также наиболее полномусгоранию топливовоздушной смеси в цилиндрах.
  4. Снижение уровня шума.
  5. Универсальность конструкции турбированного двигателя как бензинового, так и дизельного, что позволяет устанавливать его на авто любых марок. Монтаж силового агрегата данного вида возможен с использованием прежних крепежных элементов.

К основным недостаткам данных моторов относятся такие эксплуатационные минусы:

сложность конструкции, создающая трудности при эксплуатации;

  • необходимо постоянно менять моторное масло, заливаемоекак в картер двигателя, таки в турбину, а также регулярно отслеживать его качество;
  • частая замена воздушных и масляных фильтров;
  • повышенные требования к качеству бензина и дизтоплива, которые должны иметь высокую степень очистки;
  • увеличение общего расхода топлива;
  • высокая стоимость ремонта турбированного двигателя;
  • необходимость работы двигателя на холостых оборотах перед отключением, чтобы продлить ресурс самой турбины.

При оценке всех плюсов и минусов напрашивается вывод, что эффективность и мощность турбированных моторов существенно выше атмосферных силовых агрегатов со схожим объемом. Обладателям машин с таким двигателем необходимо внимательно следить за мотором своего авто.

Только при таком отношении силовой агрегат с турбонаддувом способен обеспечить высокую эффективность на всех режимах при любых дорожных условиях.

Турбина и интеркуллер

Турбина позволяет повысить производительность ДВС. Топливо полностью перегорает в камере, в результате повышается мощность мотора. Турбокомпрессор обеспечивает большое поступление воздуха с самых низких оборотов. Благодаря тому, что дроссельная заслонка попросту отсутствует в этой конструкции, это позволяет полнее наполнить цилиндры.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

В двигателях с турбиной сжатый воздух сильно нагревается. Это не очень хорошо сказывается на турбонадуве – снижается эго эффективность, происходит потеря мощности. Интеркуллер – промежуточный охладитель воздуха, который охлаждает воздух, что способствует повышению его плотности и большей наполняемости цилиндров.

Благодаря слаженной работе турбины и интеркуллера мощность мотора возрастает на 15-20%.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Где заправляться

Вопрос качества топлива нужно рассматривать любому водителю всегда внимательно. Стоит задуматься, почему отдельные американские и европейские автомобильные компании существенно ограничивают поставки в отечественные автомобильные салоны авто с дизельными моторами. Именно качество производимого дизельного топлива не позволяет компаниям сохранять уверенность, что будет обеспечена исправная работа топливной аппаратуры.

Также расчетный межсервисный интервал, когда будет производиться плановая замена масла, наверняка придется сокращать, учитывая, что масло утратит свои важные параметры. Не каждый владелец авто может сделать замену самостоятельно. Если рассматривать бензин, то на заправочных станциях можно встретить для АИ-92 два вида топлива этой марки.

Одна колонка выдаст вам для заправки авто бензин, полностью отвечающий требованиям экологического стандарта Евро-5, а другая — с превышением в 92-ом по некоторым параметрам, например, с переизбытком серы. Но более качественный бензин и стоит немного дороже. Поэтому решение, можно ли заливать менее качественное топливо, владелец порой принимает из соображений экономии денег на заправку.

Вопрос качества топлива и исправной работы вашего мотора нужно рассматривать и с позиции самой АЗС. Информация о допустимых отклонениях по качеству бензина, наличию загрязнений можно отследить по специализированным изданиям, по отзывам владельцев, а также по собственным наблюдениям в поведении автомобиля. Очень часто по устойчивой работе двигателя, по поведению машины можно заметить, как сильно отличается бензин на разных заправках или отличается дизельное топливо, особенно после неудачной попытки запуска в мороз.

Можно рекомендовать владельцу по возможности использовать для долива топлива только выбранную опытным путем заправочную станцию, а в случае невозможности — АЗС одноименной топливной компании. Такой подход не только позволит оптимизировать расход топлива, но и окажет положительное воздействие на ваш бензиновый или дизельный мотор. Срок службы масла можно будет выдерживать по требованию завода-изготовителя, а внутренние полости мотора не будут подвергаться чрезмерному износу и загрязнению.

Устройство


И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы – турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Достоинства и недостатки дизелей

Главный плюс силового агрегата – мощное тяговое усилие во всем диапазоне оборотов коленчатого вала. Поскольку дизельное топливо воспламеняется от большого сжатия и сгорает внутри малого объема камеры, расширяющиеся газы гораздо сильнее толкают поршень независимо от частоты оборотов. Поэтому мотор хорошо «тянет» даже на холостом ходу.

Остальные преимущества дизелей заключаются в следующем:

  • более высокая эффективность сжигания горючего;
  • экономичность до 20% в сравнении с бензиновыми «собратьями»;
  • благодаря отсутствию системы зажигания повышается надежность эксплуатации;
  • по той же причине автомобиль способен преодолевать глубокие броды, не боясь попадания воды на свечи;
  • солярка дешевле бензина.

Двигатели, использующие дизельное топливо, устанавливаются на все коммерческие и грузовые транспортные средства. Также они незаменимы на настоящих внедорожниках, эксплуатируемых в тяжелых условиях.

В странах Западной Европы дизели приобрели большую популярность благодаря экономичности. Производители начали оснащать подобными моторами автомобили всех классов, в том числе малолитражки. Внедрение новых технических решений позволило избавиться от характерного «тракторного» звука, присущего старым иномаркам, хотя по уровню шума силовой агрегат все равно проигрывает бензиновому мотору.

Основные минусы дизельного двигателя выглядят следующим образом:

  • агрегат нельзя постоянно эксплуатировать на высоких оборотах;
  • чувствительность к солярке низкого качества;
  • шумность при работе;
  • дорогостоящий ремонт форсунок и ТНВД;
  • затрудненный пуск во время сильных морозов;
  • большое количество вредных выбросов.

Новый дизель, изготовленный после 2000 года, действительно работает тихо. Но по мере износа деталей ГРМ, клапанов и цилиндропоршневой группы звук усиливается, появляется знакомое тарахтение. А чтобы не терять мощность, водители стран бывшего СССР зачастую выбрасывают сажевые фильтры.

Устройство топливной системы

История создания дизельного двигателя началась в XIX веке. Именно тогда инженер Рудольф Дизель создал агрегат с воспламенением от сжатия. Первый дизельный двигатель работал на обычном керосине.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Ученые использовали различные виды топлива, для получения лучших результатов. Мотор работал на пальмовом и рапсовом масле, на сырой нефти, позже стали использовать мазут и солярку.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Однако система вспрыска была несовершенна, что не позволяло применять дизельный ДВС на авто, которые работали на больших оборотах. Мощность первого дизельного двигателя была не очень высокой, но постепенно проблема была решена.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Первые машины с дизелем появились только в 20 гг. XX ст. Это были грузовики и общественный транспорт. Еще через 15 лет появились первые легковые, но они не были широко распространены. История дизельного двигателя начала меняться только с 70 –х гг. В это время как раз и появился компактный ДВС.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Выбор топлива и масла для дизельного авто

Ключевой плюс дизельного мотора – скромный расход топлива. Владельцы таких машин обязаны следить за качеством потребляемого автомобилем дизтоплива и проверять состояние фильтров. Дело в следующем: система питания дизеля чувствительна к попаданию мелких частиц, примесей и воды. Добавляется и необходимость замены дизельного топлива в соответствии с погодой – заправляйтесь соляркой для зимы или для лета согласно сезону.

Дизельное топливо густеет при минусовой температуре воздуха. Невысокое качество солярки на территории стран СНГ в сочетании с заморозками может сделать запуск дизельного мотора проблематичным. Чтобы избежать такой проблемы, следует производить простые манипуляции:

  • Используйте специальные присадки-антигели;
  • Контролируйте работоспособность свечей и своевременно меняйте вышедшие из строя элементы на новые;
  • Установите подогреватель дизтоплива (проточный или предпусковой).

Кроме того, не стоит экономить на масле для дизельного двигателя. Отдайте предпочтение качественной продукции и регулярно меняйте масло – в случае с дизелем это нужно делать чаще, чем на бензиновых авто.

Следует учитывать, что в составе российской солярки содержится солидный объем серы, что вызывает ускоренное окисление масла. Следовательно, замену масла в дизельных автомобилях лучше делать каждые 7000 км пробега.

Характеристики масла также определяют срок службы турбины дизельного мотора, поскольку масло смазывает не только части двигателя, но и подшипники турбокомпрессора. Турбированный дизель плохо работает из-за недостаточного количества масла и требует использования высококачественного продукта. Зимой следует регулярно мониторить уровень масла. Если ваш двигатель турбирован, выбирайте масло с особым составом – он отличается от состава средств для атмосферных моторов. Турбонаддув повышает нагрузку на двигатель, поэтому для бесперебойной работы системы требуется масло со специальными присадками.

При необходимости добавить масла в мотор и отсутствии того же самого продукта, смешивать масла разных производителей или продукцию с разными характеристиками нельзя. Это обязательно приведет к перебоям в работе двигателя.

Принцип функционирования

Чтобы понимать, что такое дизель и чем обусловлены его функциональные особенности, необходимо рассмотреть принцип работы. Приведенная выше классификация поршневых ДВС основана на количестве тактов, входящих в рабочий цикл, которые выделяют по величине угла поворота коленчатого вала.

Следовательно, рабочий цикл четырехтактных двигателей включает 4 фазы.

Впуск. Происходит при повороте коленвала от 0 до 180°. При этом воздух проходит в цилиндр через открытый на 345-355° впускной клапан. Одновременно с ним во время поворота коленвала на 10-15° открыт выпускной клапан, что называют перекрытием.
Сжатие. Поршень, двигаясь вверх при 180-360°, сжимает воздух в 16-25 раз (степень сжатия), а впускной клапан закрывается в начале такта (при 190-210°).
Рабочий ход, расширение. Происходит при 360-540°. В начале такта до достижения поршнем верхней мертвой точки топливо подается в горячий воздух и воспламеняется. Это особенность дизельных двигателей, отличающая их от бензиновых, где происходит опережение зажигания. Выделяющиеся при этом продукты горения толкают поршень вниз. При этом время сгорания топлива равно времени его подачи форсункой и длится не дольше продолжительности рабочего хода. То есть при рабочем процессе давление газов постоянно, вследствие чего дизели развивают больший крутящий момент

Также важной особенностью таких моторов является необходимость обеспечения избытка воздуха в цилиндре, так как пламя занимает небольшую часть камеры сгорания. То есть отличается пропорция топливовоздушной смеси.
Выпуск

При 540-720° поворота коленвала открытый выпускной клапан поршень, двигаясь вверх, вытесняет выхлопные газы.

Двухтактный цикл отличается укороченными фазами и единым процессом газообмена в цилиндре (продувкой), происходящей между концом рабочего хода и началом сжатия. При движении поршня вниз продукты горения удаляются через выпускные клапаны или окна (в стенке цилиндра). Позже открываются впускные окна для поступления свежего воздуха. Когда поршень поднимается, все окна закрываются, и начинается сжатие. Чуть ранее достижения ВМТ впрыскивается и воспламеняется топливо, начинается расширение.

Из-за сложности обеспечения продувки вихревой камеры двухтактные моторы бывают только с непосредственным впрыском.

Производительность таких двигателей выше в 1,6-1,7 раз, чем характеристики дизеля четырехтактного типа. Ее прирост обеспечивается вдвое более частым осуществлением рабочих ходов, но частично сокращается из-за их меньшей величины и продувки. Вследствие удвоенного количества рабочих ходов двухтактный цикл особо актуален в случае невозможности увеличения частоты вращения.

Основной проблемой таких двигателей является продувка из-за ее непродолжительности, что невозможно компенсировать без снижения эффективности за счет укорочения рабочего хода. К тому же невозможно разделить выхлоп и свежий воздух, из-за чего часть последнего удаляется с отработанными газами. Данную проблему можно решить путем обеспечения опережения выпускных окон. В таком случае газы начинают удаляться до продувки, и после закрытия выпуска цилиндр дополняется свежим воздухом.

К тому же при использовании одного цилиндра возникают сложности с синхронностью открытия/закрытия окон, поэтому существуют двигатели (ПДП), в которых каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в одной плоскости. Один из них контролирует впуск, другой – выпуск.

По механизму осуществления продувку подразделяют на щелевую (оконную) и клапанно-щелевую. В первом случае окна служат и впускными и выпускными отверстиями. Второй вариант предполагает их использование в качестве впускных отверстий, а для выпуска служит клапан в головке цилиндра.

Обычно двухтактные дизели применяют на тяжелых транспортных средствах вроде кораблей, тепловозов, танков.

Как это работает?

Запуск двигателя осуществляется только на дизельном топливе. После этого в ход идет газовый редуктор. Он подает смесь в камеру сгорания через впускной клапан. Газ идет вместе с кислородом. Наряду с этим в камеру попадает небольшая порция дизеля. Когда поршень почти достигает верхней мертвой точки, дизельное топливо воспламеняется. Его температура составляет около 900 градусов. Этого достаточно для самовозгорания метана или пропана. Таким образом, в камере горит сразу два вида топлива. КПД у такого мотора неизменный, за исключением того, что порция дизеля на порядок уменьшается.

Какой газ можно поставить на дизельный двигатель? Установить можно как пропановую систему, так и метановую. Но здесь есть подводные камни. Если говорить о пропане, его процент содержания в смеси относительно небольшой – до 50 процентов. В случае с метаном, используется до 60 процентов газа. Таким образом, порция подаваемого в камеру дизеля уменьшается. Это положительно сказывается на экономии. Но полностью ограничить подачу дизеля нельзя. Иначе такая смесь просто не воспламенится без посторонних источников.

Для дизельных двигателей газовое топливо не получило широкого распространения в силу того, что газ физически не может воспламеняться при той температуре, которую имеет сжатый воздух в цилиндрах дизеля с нормальной степенью сжатия. Просто подвести газ к камерам сгорания недостаточно. Газ не воспламенятся сам по себе от сжатия, так как его температура самовозгорания (460…480 ˚С) примерно в полтора раза выше чем у дизельного топлива (300…320 ˚С). Поэтому при переводе дизеля на газ даже теоретически невозможно использовать одно только газовое топливо без принудительного его воспламенения.

Технически любой дизельный двигатель можно переоборудовать для работы с газобаллонным оборудованием — как на нефтяной пропанобутановой смеси, так и на природном метане, без использования запальной порции дизельного топлива. Но модернизация дизельного двигателя для работы на одном лишь газовом топливе потребует радикальных изменений штатной системы питания дизеля и использования системы зажигания. Необходимо демонтировать топливную аппаратуру, и вместо нее установить систему зажигания. Форсунки меняются на свечи зажигания, и после этого монтируется газобаллонное оборудование. Газ при помощи дозатора поступает во впускной коллектор и двигатель будет работать на газовом топливе. Но после таких переделок многие преимущества дизеля теряются.

Типы дизельных двигателей

Помимо особенностей в использовании второстепенных систем дизельные моторы имеют конструктивные отличия. В основном эта разница наблюдается в строении камеры сгорания. Вот их основная классификация по геометрии этого отдела:

  1. Неразделенная камера. Другое название этого класса – с непосредственным впрыском. В этом случае распыление дизтоплива производится в надпоршневом пространстве. Для таких двигателей полагаются особенные поршни. В них сделаны специальные ямки, которые образуют камеру сгорания. Обычно такая модификация используется в агрегатах с большим рабочим объемом (как он высчитывается, читайте отдельно), и которые не развивают большие обороты. Чем выше обороты, тем сильнее будет шуметь, и вибрировать мотор. Более устойчивая работа таких агрегатов обеспечивается применением ТНВД с электронным управлением. Такие системы способны обеспечить двойной впрыск топлива, а также оптимизировать процесс горения ВТС. У этих моторов благодаря применению данной технологии наблюдается стабильная работа на режиме до 4.5 тыс. оборотов.
  2. Раздельная камера. Такая геометрия камеры сгорания используется в большинстве современных силовых агрегатах. В головке блока цилиндров сделана отдельная камера. У нее особенная геометрия, которая при выполнении такта сжатия образует вихрь. Благодаря этому топливо более эффективно смешивается с воздухом и лучше сгорает. В такой конструкции двигатель работает мягче и менее шумно, так как в цилиндре давление нарастает плавно, без резких толчков.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий