Задумывались ли вы уважаемые автомобилисты над тем, почему экономные Европейцы чаще всего приобретают автомобили с дизельными двигателями? Ведь уровень жизни и доходы на душу населения в Европе позволяет людям не сильно задумываться о стоимости топлива. Но не смотря на нормальное благосостояние граждан Европы они по-прежнему все-равно продолжают чаще всего покупать автомобили с дизельными моторами. И причина здесь между прочим не только в экономии топлива. Из-за одной только экономии педантичные Европейцы никогда бы не стали массово скупать дизельные автомобили. На самом деле в самом Евросоюзе связана с рядом иных преимуществ, которые имеют эти дизельные автотранспортные средства, если их сравненивать с бензиновыми аналогами. Давайте друзья вместе с нами (вами) узнаем подробно, а какие-же преимущества помимо экономии топлива есть у дизельных двигателей.
1. Дизельные двигатели более экономичные.
Как нам всем давно известно самое главное и значительное преимущество любого дизельного мотора по сравнению с бензиновыми аналогами, является его меньший . Низкий расход дизельного агрегата связан с его особенностью преобразования данного дизельного топлива в энергию. Так например, такой дизельный силовой агрегат более эффективно сжигает горючее (топливо), что позволяет ему получать от одного объема соженного топлива около 45 - 50% всей энергии. Бензиновый же мотор получает от того же объема приблизительно 30% энергии. То есть, 70% бензина сгорает просто впустую!!!
Кроме того, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, чем бензиновые моторы. А так как на степень этого сжатия влияет время воспламенения топлива, то соответственно получается, что чем выше степень сжатия, тем больший КПД имеет двигатель.
Также, все современные дизельные моторы из-за отсутствия в них дроссельной заслонки на впускном коллекторе более эффективны, которая как правило использовалась да и используется сегодня во всех бензиновых автомобилях. Это позволяет дизелям (моторам) избегать потери драгоценной энергии связаной с всасыванием воздуха, который необходим для воспламенения топлива в бензиновых двигателях.
2. Дизельные двигатели надежнее чем бензиновые.
За последние 50 лет дизельные моторы зарекомендовали себя, как более надежные, чем их бензиновые соконкуренты. Главной особенностью этого дизельного агрегата является отсутствие в самой машине системы зажигания, которая работает от высокого напряжения. В итоге получается, что в машине с дизельным мотором отсутствуют радиочастотные помехи от линии высокого напряжения, которые часто становятся виновниками проблем с электроникой автомобиля.
Так же считается, что большинство внутренних компонентов дизельного двигателя имеют более долгий срок службы и это действительно так. А все из-за более высокой степени сжатия, где компоненты такого дизельного силового агрегата уже изначально являются более долговечными.
Именно по этой важной причине в мире существует очень много дизельных автомобилей с пробегом около и не так много с таким же пробегом бензиновых машин.
Есть правда один существенный минус у дизельных моторов, который раньше не давал покоя всем поклонникам мощных автомобилей. Дело в следующем, у дизельных двигателей старого поколения на каждый литр объема мотора была (выдавалась) очень маленькая мощность. Но к нашему счастью инженеры решили эту проблему с появлением на авторынке машин с турбинами. В итоге, почти все современные дизельные моторы сегодня оснащаются турбинами, которые и позволяют им сравняться по мощности (а порой даже превзойти) с бензиновыми аналогами. В том числе, с развитием новых технологий в современных дизелях инженерам удалось минимизировать практически все его недостатки, которые преследовали долгое время эти дизельные моторы.
3. Дизельный двигатель сам автоматически сжигает топливо.
Еще одно главное преимущество всех дизельных моторов заключается в том, что дизельные автомобили как бы автоматически сами по себе, сжигают внутри себя топливо не затрачивая фактически для этого ни какой лишней энергии. Напомним своим читателям следующее, не смотря на то, что дизельный двигатель использует для себя четырехтактный цикл (впуск, сжатие, сгорание и выхлоп), сжигание дизельного топлива у него происходит как бы самопроизвольно прямо внутри двигателя от большой степени сжатия. для того-же сжигания топлива нужны (необходимы) свечи зажигания, которые постоянно находятся под высоким напряжением и выдают искру, которая и воспламеняет бензин в камере сгорания.
В дизельных же двигателях в свечах зажигания необходимости нет, а также ему не нужны и высоковольтные провода ну и т.п. составляющие. По этой причине затраты на содержание автомобилей с дизельными агрегатами значительно снижаются, если их сравнивать с тем же бензиновыми автомобилями, в которых периодически нужно менять свечи зажигания, высоковольтные провода и связанные с ними другие компоненты.
4. Стоимость дизельного топлива сопоставима со стоимостью того же бензина, или даже ниже.
Не смотря на то, что в России стоимость дизельного топлива находится на том же почти уровне, что и цена бензина, нужно отметить следущее, что стоимость дизельного топлива во многих странах мира в том числе и в странах Европы в сравнении с нашей страной, заметно ниже, чем тот же самый бензин. То есть получается, что помимо пониженного расхода топлива владельцы данных дизельных автомобилей в других странах мира тратят на диз-топливо гораздо меньше денег, чем остальные владельцы бензиновых автотранспортных средств.
Но даже с тем условием, что в нашей стране солярка стоит также как и бензин (или даже дороже), то преимущество по той же эффективности данных дизельных автомобилей очевидно многим. Ведь запас хода машины на полном залитом баке диз-топлива получается на много больше, чем на том же автомобиле оснащенном бензиновым силовым агрегатом.
5. Более низкая стоимость владения.
С таким преимуществом (владением автомобиля с бензиновым двигателем) поспорить конечно трудно, так как в определенных случаях сама стоимость технического обслуживания и ремонта дизельных автомобилей значительно может превысить стоимость ТО (техобслуживание) бензиновых машин. И это действительно неоспоримый и доказанный факт. Но вот с другой стороны, если брать общие затраты, то стоимость владения дизельным автомобилем в совокупности получается значительно меньше, чем того-же бензинового аналога. Особенно на тех мировых авторынках, где наблюдается повышенный спрос именно на дизельные автомашины. Поясним нашим читателям, дело в том, что в стоимости владения машиной необходимо всегда учитывать на подержанном рынке и конкретную потерю рыночной цены автомобиля и естественный износ всех автозапчастей в процессе эксплуатации ТС (транспортного средства). Как правило дизельные автомобили теряют в цене намного меньше (и медленнее), чем те же бензиновые аналоги. Также, из-за более высокой долговечности деталей дизельного двигателя данные автомобили имеют более долгий срок своей службы, что естественно позволяет затрачивать значительно меньшие суммы денежных средств на .
Таким образом можно сказать, что в долгосрочной перспективе (от 5 лет и выше) владение дизельной машиной более выгодней, чем автомобилем с бензиновым агрегатом. Правда здесь друзья необходимо заметить, что стоимость дизельных автомоделей как правило бывает значительно выше бензиновых. Но, если вы в перспективе будете долгое время владеть таким диз-автомобилем и проезжать на нем 20.000 - 30.000 тыс. км в год, то такая переплата окупиться для вас за счет той-же экономии топлива.
6. Дизельные автомобили более безопасные.
На протяжении многих лет было доказано следующее, что дизельное топливо значительно безопаснее того-же самого бензина по нескольким причинам. Во-первых,- солярка меньше подвержена быстрому и легкому воспламенению (возгоранию) в сравнении ее с бензином. Например, то самое дизельное топливо не воспламеняется как правило при воздействии на него высокого источника тепла.
Во-вторых,- дизельное топливо не выделяет опасных паров, как тот-же бензин. В итоге вероятность воспламенения паров салярки что может вызвать пожар автомобиля, в дизельных автотранспортных средствах значительно ниже, чем в тех же бензиновых.
Все эти факторы делают дизельные автомобили на дорогах по всему миру намного безопаснее в отличии от бензиновых машин. Например, в случаях возникновения ДТП.
7. В выхлопе дизельного автомобиля меньше окиси углерода, чем в бензиновом.
С самого начала появления этих турбин инженеры столкнулись с определенной проблемой, которая была связана с питанием этих турбокомпрессоров. Как правило, сама крыльчатка турбины вращается за счет энергии, получаемой от выхлопных газов автомобиля. Если же сравнивать бензиновые и дизельные автомобили между собой, то турбины в дизельных моторах работают куда более эффективней, так как в дизельном автомобиле количество выхлопных газов на вырабатываемый объем гораздо больше, чем в бензиновом агрегате. Именно по этой причине турбокомпрессор(ы) дизельного мотора выдает(ют) максимальную мощность намного быстрее и раньше бензиновых автомобилей. То есть, уже на низких оборотах начинают ощущать максимальную мощность машины и ее крутящий момент.
9. Дизельные моторы без дополнительных модификаций могут работать на синтетическом топливе.
Еще одно главное преимущество дизельных двигателей это возможность их работы на синтетическом топливе без каких-либо существенных изменений в конструкции силового агрегата. Бензиновые же двигатели тоже по сути могут работать на альтернативном топливе. Но им для этого необходимы значительные изменения в самой конструкции силового агрегата. Иначе бензиновый двигатель работающий на альтернативном топливе просто быстро выйдет из строя.
В настоящий момент экспериментирует с биобутанолом (топливом), который отличным образом подходит в виде того синтетического биотоплива для всех бензиновых автомобилей. Этот вид топлива возможно не будет причинять бензиновым автомобилям никого существенного вреда без проведения каких-либо изменений в конструкции двигателя.
Того же года он был успешно испытан. Дизель активно занялся продажей лицензий на новый двигатель. Несмотря на высокий КПД и удобство эксплуатации по сравнению с паровой машиной практическое применение такого двигателя было ограниченным: он уступал паровым машинам того времени по размерам и весу.
Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или лёгких нефтепродуктах. Интересно, что первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную 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 возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.
Принцип работы
Четырёхтактный цикл
- 1-й такт. Впуск . Соответствует 0° - 180° поворота коленвала. Через открытый ~от 345-355° впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190-210° клапан закрывается. По крайней мере до 10-15° поворота коленвала одновременно открыт выхлопной клапан, время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов .
- 2-й такт. Сжатие . Соответствует 180° - 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ (верхней мёртвой точке), сжимает воздух в 16(в тихоходных)-25(в быстроходных) раз.
- 3-й такт. Рабочий ход, расширение
. Соответствует 360° - 540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение, образование свободных радикалов в поверхностных слоях капель и в парáх, наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном дизеле - величина постоянная и изменению в процессе работы не подлежит. Сгорание топлива в дизеле происходит, таким образом, длительно, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент. Из этого следуют два важнейшие вывода.
- 1. Процесс горения в дизеле длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода.
- 2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре дизеля может существенно отличаться от стехиометрического, причем очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объема камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей - «тепловоз „даёт“ медведя».).
- 4-й такт. Выпуск . Соответствует 540° - 720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520-530° выхлопной клапан поршень выталкивает отработавшие газы из цилиндра.
В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:
- Дизель с неразделённой камерой : камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство - минимальный расход топлива. Недостаток - повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется (зачастую многостадийный) предвпрыск.
- Дизель с разделённой камерой : топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для легких дизелей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.
Двухтактный цикл
Продувка двухтактного дизельного двигателя: внизу - продувочные окна, выпускной клапан верху открыт
Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, в дизеле возможно использование двухтактного цикла .
При рабочем ходе поршень идёт вниз, открывая выпускные окна в стенке цилиндра, через них выходят выхлопные газы, одновременно или несколько позднее открываются и впускные окна, цилиндр продувается свежим воздухом из воздуходувки - осуществляется продувка , совмещающая такты впуска и выпуска. Когда поршень поднимается, все окна закрываются. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Чуть не достигая ВМТ, из форсунки распыляется и загорается топливо. Происходит расширение - поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т. д.
Продувка является врожденным слабым звеном двухтактного цикла. Время продувки, в сравнением с другими тактами, невелико и увеличить его невозможно, иначе будет падать эффективность рабочего хода за счет его укорочения. В четырёхтактном цикле на те же процессы отводится половина цикла. Полностью разделить выхлоп и свежий воздушный заряд тоже невозможно, поэтому часть воздуха теряется, выходя прямо в выхлопную трубу. Если же смену тактов обеспечивает один и тот же поршень, возникает проблема, связанная с симметрией открывания и закрывания окон. Для лучшего газообмена выгоднее иметь опережение открытия и закрытия выхлопных окон. Тогда выхлоп, начинаясь ранее, обеспечит снижение давления остаточных газов в цилиндре к началу продувки. При закрытых ранее выхлопных окнах и открытых - еще - впускных осуществляется дозарядка цилиндра воздухом, и, если воздуходувка обеспечивает избыточное давление, становится возможным осуществление наддува.
Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой или оконной. Если отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха, продувка называется клапанно-щелевой. Существуют двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами - один впускными, другой выпускными (система Фербенкс-Морзе - Юнкерса - Корейво : дизели этой системы семейства Д100 использовались на тепловозах ТЭ3 , ТЭ10 , танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авиации - на бомбардировщиках Junkers (Jumo 204, Jumo 205).
В двухтактном двигателе рабочие ходы происходят вдвое чаще, чем в четырёхтактном, но из-за наличия продувки двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6-1,7 раз.
В настоящее время тихоходные двухтактные дизели весьма широко применяются на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. Ввиду удвоения количества рабочих ходов на одних и тех же оборотах двухтактный цикл оказывается выгодным при невозможности повысить частоту вращения, кроме того, двухтактный дизель технически проще реверсировать; 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.
Варианты конструкции
Для средних и тяжелых двухтактных дизельных двигателей характерно применение составных поршней, в которых используется стальная головка и дюралевая юбка. Основной целью данного усложнения конструкции является снижение общей массы поршня при сохранении максимально возможной жаростойкости донышка. Очень часто используются конструкции с масляным жидкостным охлаждением.
В отдельную группу выделяются четырехтактные двигатели, содержащие в конструкции крейцкопф . В крейцкопфных двигателях шатун присоединяется к крейцкопфу - ползуну, соединенному с поршнем штоком (скалкой). Крейцкопф работает по своей направляющей - крейцу, без воздействия повышенных температур, полностью ликвидируя воздействие боковых сил на поршень. Данная конструкция характерна для крупных длинноходных судовых двигателей, часто - двойного действия, ход поршня в них может достигать 3 метров; тронковые поршни таких размеров были бы перетяжеленными, тронки с такой площадью трения существенно снизили бы механический КПД дизеля.
Реверсивные двигатели
Сгорание впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива происходит по мере впрыска. 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 и ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями . Например, в России в 2007 году почти все грузовики и автобусы были оснащены дизельными двигателями (окончательный переход этого сегмента автотранспорта с бензиновых двигателей на дизели планировалось завершить к 2009 году) . Это является преимуществом также и в двигателях морских судов , так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя , а более высокий теоретический КПД (см. Цикл Карно) даёт более высокую топливную эффективность.
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 (NO х) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Больше всего загрязняют атмосферу в России 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 так же 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, а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата (хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц).
Конечно, существуют и недостатки, среди которых - характерный стук дизельного двигателя при его работе. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартёра большой мощности, помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность и более высокая цена в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются прецизиоными устройствами. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. 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 и высоким крутящим моментом в своём рабочем объёме. 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, работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO 2) 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 системы Common rail . В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронно-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 (приблизительно эквивалентно «атмосфер»), 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» (DPF - фильтр твёрдых частиц). «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 «интеркулера » - устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбонагнетателем - чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха (кислорода) в камере сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а 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 тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля, в частности, хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, но твёрдость стенок блока цилиндров выше. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и почти всегда рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше (для автомобильного дизеля) верхней плоскости блока цилиндров. В некоторых случаях - в устаревших дизелях - головки поршней содержат в себе камеру сгорания («прямой впрыск»).
Сферы применения
Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы , дизелевозы , дизель-поезда , автодрезины) 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.
Мифы о дизельных двигателях
Дизельный двигатель с турбонаддувом
- 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. 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.
- Дизельный двигатель слишком громко работает.
Громкая работа двигателя свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле некоторые старые дизели с непосредственным впрыском действительно отличаются весьма жёсткой работой. С появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счёт разделения одного импульса впрыска на несколько (типично - от 2-х до 5-ти импульсов).
- Дизельный двигатель гораздо экономичнее.
Основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше . Срок службы дизельного двигателя больше бензинового и может достигать 400-600 тысяч километров. Запчасти для дизельных двигателей несколько дороже, стоимость ремонта так же выше, особенно топливной аппаратуры. По вышеперечисленным причинам, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя несколько меньше, чем у бензинового. Экономия по сравнению с бензиновыми моторами возрастает пропорционально мощности, чем определяется популярность использования дизельных двигателей в коммерческом транспорте и большегрузной технике.
- Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешёвого газа.
С первых моментов построения дизелей строилось и строится огромное количество их, рассчитанных для работы на газе разного состава. Способов перевода дизелей на газ, в основном, два. Первый способ заключается в том, что в цилиндры подаётся обеднённая газо-воздушная смесь, сжимается и поджигается небольшой запальной струёй дизельного топлива. Двигатель, работающий таким способом, называется газодизельным. Второй способ заключается в конвертации дизеля со снижением степени сжатия, установкой системы зажигания и, фактически, с построением вместо дизеля газового двигателя на его основе.
Рекордсмены
Самый большой/мощный дизельный двигатель
Конфигурация - 14 цилиндров в ряд
Рабочий объём - 25 480 литров
Диаметр цилиндра - 960 мм
Ход поршня - 2500 мм
Среднее эффективное давление - 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)
Мощность - 108 920 л.с. при 102 об/мин. (отдача с литра 4,3 л.с.)
Крутящий момент - 7 571 221 Н·м
Расход топлива - 13 724 литров в час
Сухая масса - 2300 тонн
Габариты - длина 27 метров, высота 13 метров
Самый большой дизельный двигатель для грузового автомобиля
MTU 20V400 предназначен, для установки на карьерный самосвал БелАЗ-7561.
Мощность - 3807 л.с. при 1800 об/мин. (Удельный расход топлива при номинальной мощности 198 г/кВт*ч)
Крутящий момент - 15728 Н·м
Самый большой/мощный серийный дизельный двигатель для серийного легкового автомобиля
Audi 6.0 V12 TDI с 2008 года устанавливается на автомобиль Audi Q7 .
Конфигурация - 12 цилиндров V-образно, угол развала 60 градусов.
Рабочий объём - 5934 см³
Диаметр цилиндра - 83 мм
Ход поршня - 91,4 мм
Степень сжатия - 16
Мощность - 500 л.с. при 3750 об/мин. (отдача с литра - 84,3 л.с.)
Крутящий момент - 1000 Нм в диапазоне 1750-3250 об/мин.
За последние десять лет дизельные технологии стремительно развивались. Большая часть современных автомобилей, которые производятся в Европе, выпускаются именно с дизельными двигателями. Конечно, принцип работы данного устройства не изменился. Однако работает современный дизельный мотор намного тише. Он стал экологически чище. В далеком прошлом остались сильное тарахтение, густой черный дым и неприятный запах при работе прибора. Итак, каков принцип работы дизельного двигателя?
Как работает дизельный двигатель?
Заключается принцип действия дизельного двигателя в следующим: в цилиндр
всасывается чистый воздух при движении поршня вниз. А при перемещении клапана вверх он нагревается. Стоит отметить, что температура при работе дизельного двигателя может быть от 700 до 900°. Это достигается при сильном сжатии. Когда поршень перемещается в мертвую верхнюю точку, происходит впрыскивание дизельного топлива в камеру сгорания под достаточно высоким давлением. При соприкосновении с горячим воздухом происходит воспламенение горючего. В результате этого давление в цилиндре возрастает, так как самовоспламенившееся топливо расширяется. Именно это и вызывает сильный шум при работе агрегата.
Преимущества и недостатки
Такой принцип работы дизельного двигателя позволяет использовать бедную смесь. Топливо для таких устройств относительно недорогое. Это делает дизельные моторы неприхотливыми и экономичными. Стоит отметить, что в отличие от бензиновых такие агрегаты обладают большим крутящим моментом, а КПД выше на 10%. К минусам
дизельного двигателя стоит отнести повышенный уровень шума, вибрацию, малую мощность на одну единицу объема, сложность холодного пуска. Более современные модели практически лишены таких недостатков.
Устройство и особенности некоторых узлов
Учитывая принцип работы дизельного двигателя, детали к таким агрегатам значительно усиливаются, так как они должны выдерживать высокие нагрузки. Среди основных частей агрегата стоит выделить поршень. Форма его днища зависит от типа камеры сгорания, которая может быть встроена в дно клапана. В поршне для дизельного двигателя днище обычно выступает за верхнюю часть блока цилиндра. Привычной системы зажигания в агрегатах такого типа нет. Хотя в них тоже применяются свечи.
Турбина
Мощность, которую способен развить мотор, зависит от количества топлива и воздуха, которые в него поступают. Чтобы повысить возможности агрегата, необходимо увеличить содержание перечисленных компонентов. Для поступления в камеру сгорания большего количества топлива, следует поднять уровень воздуха, который
попадает в цилиндр. Для этого применяется дополнительное оборудование. Принцип работы турбины дизельного двигателя достаточно прост. Деталь позволяет нагнетать больше воздуха. Благодаря этому увеличиваются объемы сжигаемого топлива, что значительно повышает количество выделяемой энергии.
Камеры сгорания
В дизельных двигателях могут использоваться камеры сгорания нескольких типов: разделенные и неразделенные. Первый тип применялся в легковом машиностроении, но с недавних пор его заменили на более простой. Ведь при использовании разделенных отсеков топливо впрыскивалось в ту камеру сгорания, которая располагалась в головке цилиндра, а не в полость поршня. Выполнялись подобные детали также по-разному и зависело это от процессов образования смеси: вихрекамерные либо предкамерные.
В последнем случае топливо впрыскивается в предварительный отсек, который
сообщается маленькими клапанами или же отверстиями с цилиндром. При этом горючее смешивается с воздухом, ударяясь о стенки. Самовоспламенившись топливо попадает в основную камеру, где уже полностью сгорает. Что касается вихрекамернного процесса сгорания, то он, как и в первом случае, начинается в отдельном отсеке, который представляет собой полую сферу. Через соединительные каналы воздух попадает во время такта сжатия в камеру. Закручивается в ней и образует вихрь. В результате этого горючая смесь, впрыснутая в отсек, хорошо перемешивается с воздухом. Такое строение камер сгорания имеет несколько недостатков. Во-первых, затрачивается больше топлива, так как происходят большие потери из-за объема отсеков. Во-вторых, значительные потери при перетекании в дополнительную камеру из цилиндра воздуха, а также на обратный процесс: перемещение горючего в цилиндр. Стоит отметить, что подобный принцип работы дизельного двигателя применяется редко, так как происходит ухудшение пусковых характеристик агрегата.
Неразделенные камеры сгорания
В двигателе с непосредственным впрыском отсек сгорания имеет определенную форму и является полостью. Встраивается такая камера сгорания непосредственно в днище
поршня. При этом топливо впрыскивается сразу в цилиндр. Несмотря на простоту конструкции, имеются у такой системы и недостатки. Дизельные моторы такого плана практически невозможно использовать, если автомобиль обладает малым литражом. При наборе скорости в таком транспортном средстве наблюдается повышение уровня шума, а также увеличивается вибрация.
Новые разработки
Сегодня чаще используются электронные системы, которые контролируют количество поступившего в камеру сгорания топлива. Это позволило уменьшить уровень шума, а также вибрацию агрегата во время работы. Сегодня же разрабатываются совершенно новые дизельные двигатели, в конструкциях которых применяется непосредственный впрыск горючей смеси.
Рассмотрим устройство дизельного двигателя и некоторые отличия от бензиновых ДВС.
Конструктивные особенности
Конструктивно агрегат представляет достаточно крупный по габаритам блок цилиндров из литого чугунного корпуса. В полости его расточенные под определенным углом гнезда с впрессованными гильзами (цилиндрами). В блоке имеют место многочисленные секции вокруг гильз, которые образуют водяную рубашку охлаждения. Постоянный круговорот охлаждающей жидкости в полостях головки блока упреждают двигатель от перегрева.
В своей нижней части блок имеет сферическую расточку (подушку) для установки, крепления коленчатого вала.
Крупным узлом считается головка блока с литыми гнездами под втулки клапанов.
Неотъемлемым элементом мотора остается клиновой привод водяной помпы, компрессора кондиционера, генератора.
К основным узлам следует отнести:
- механизм шатунно-поршневой группы;
- механизм газораспределения;
- картер двигателя и систему смазки.
Именно эти узлы, взаимодействуя между собой, определяют характеристику силового агрегата.
Если исключить ТНВД (топливный насос высокого давления), высокое давление форсунок, усиление отдельных деталей, например, клапанов и поршней, то конструктивные элементы современных дизельных и бензиновых двигателей не сильно разнятся.
Процесс работы
Принцип работы дизельного двигателя заключается в формировании и получении полезной работы от воспламенении топливной смеси. Здесь не происходит смешивание солярки с воздухом и подача ее в камеру сгорания с воспламенение от искры, как в случае с бензиновыми системами зажигания. Нет катушки зажигания, трамблера, свечей, карбюратора и прочих атрибутов бензинок.
Отвечая на вопрос, как работает дизельный двигатель, заметим, что в дизеле смешения горючего и воздуха осуществляется непосредственно в камере сгорания. То есть, под поршень нагнетается воздух, который на такте сжатия достигает температуры 700-800° C. Достигнув такового, топливным насосом посредством форсунок в камеру сгорания впрыскивается горючее. Впрыск под давлением, порой 30 атмосфер, привод к реакции с нагретым сжатием воздуха и моментальному самовоспламенению образовавшейся смеси. Процесс завершается давлением, толкающим поршень вниз к НМТ.
Система подает регламентированную дозу горючего посредством насоса высокого давления. Наличие форсунок и топливных фильтров предопределяет точность и бесперебойную работу топливной аппаратуры. Весь процесс зиждется на топливном насосе высокого давления, подающем горючее исходя из режима работы. Давление в системе нагнетается с помощью плунжерных пар. Привод ТНВД связан с коленчатым валом. Нажатием на акселератор выполняются функции регулирования нормы горючего, соответствующему обороту двигателя.
Форсунка, фильтр топливный
В паре с ТНВД исключительно важным узлом топливной системы являются форсунки. Функции их – подать конкретную дозу горючего в камеру сгорания. Давление, при котором открывается форсунка, равно величине, необходимой для максимального раздробления дизеля и создания топливного тумана.
На конце форсунок, в сложных температурных условиях работает игольчатый распылитель, формирующий контур факела. Контур впрыска принципиально важен для быстрого, полноценного сгорания. Тяжелый режим работы обусловлен постоянным нахождением их в зоне камеры сгорания. Исходя из этого, распылители форсунок выполняются из жаростойких материалов на станках высочайшей точности обработки. Для мягкой, бесшумной работы, в камеру сначала подается мизерная доза топлива. Она только разогревает воздух камеры. В заданный момент впрыскивается основная доза. Эти действия, посредством электроники, позволяют плавно наращивать давление, создавая условия для полного сгорания топливно-воздушной смеси.
В прерогативу топливного фильтра входит возможность тонкой очистки горючего. Но основная функция основывается на отделении воды из топлива. Поэтому фильтр нуждается в периодическом удалении отстоя воды через сливной краник.
Упредить критическое остывание с последующим запарафиниванием топлива помогает система электрического подогрева, что способствует быстрому запуску холодного двигателя.
Запуск, турбонаддув
Холодный запуск дизелю облегчает система предварительного разогрева, для чего в камере сгорания специально размещены свечи с функцией накала до 900° C. Информация о степени нагрева сообщается сигнальной лампой на приборной панели (закрученная спираль). По мере устойчивой работы двигателя свеча автоматически гаснет. В некоторых автомобилях свечи выключаются в момент подачи питания на стартер.
Система турбонаддува ориентирована повышать мощность и устойчивость на всех режимах работы ДВС. То есть турбинный компрессор подает под поршень избыточную порцию воздуха, увеличивая тем самым мощность мотора. Но длительный ресурс компрессора нужно поддерживать высоким качеством моторного масла.
Устройство системы турбонаддува
Система впрыска
Наиболее эффективной системой впрыска топлива считается Common Rail. Принцип работы системы заключается в том, что топливо накапливается в магистральной рампе, с которой поступает непосредственно в форсунку. А это путь к экономии солярки, низкому шуму от рабочего такта и выхлопных газов. За цикл работы, устройство выполняет два этапа впрыска. Самую малость топлива в начале и основную порцию для получения максимальной отдачи от сгорания.
Эти преимущества привели к использованию этой системы впрыска почти на каждом грузовом дизельном автомобиле и в большинстве гражданских моделях.
Система насос-форсунка предполагает установку форсунок по одной на каждый цилиндр. Устройство отличается от Common Rail высоким давлением впрыска. Отправной точкой считается высокая мощность транспорта до 20%, экономичность, низкая токсичность отработки. В обоих случаях, контрольные функции осуществляются системой управления двигателем через магнитные соленоиды.
Дополнительная система, используемая в паре с дизельными ДВС, предназначена для снижения показателей токсичности выхлопных газов. Каталитический нейтрализатор предназначен сжигать остатки частиц газов в сажевой сетке. Но это уже из области регенерации отработки, что повсеместно применяется и на бензиновых ДВС. Особенность лишь в том, что в паре с ДВС на дизельном топливе система особенно эффективна и позволяет добиться внушительных показателей экологичности дизельных ДВС.