Дизельные двигатели: устройство и принцип работы

Раньше дизельный двигатель отличался дымностью, шумностью, неприятными запахами и тихоходностью. Сегодня у него высокая топливная экономичность и завидная эластичность. Его динамика порой недоступна даже машинам на бензине.

Однако для них требуется качественное дизтопливо, а ремонтировать их совсем недешево. В чем принцип работы и устройство дизельного двигателя? Какими он обладает преимуществами? 

О типах дизелей

Получили распространение силовые установки, имеющие раздельную камеру сгорания, в которые горючее подается в объем особой камеры в головке блока сверху цилиндра.Эти объемы соединяет канал. 

Форма вихревой камеры энергично закручивает воздушный поток, обеспечивая лучшее смешение и воспламенение без внешних источников. Эти процессы продолжаются также в основной камере сгорания.

Дизели с раздельной камерой сгорания имеют меньшую шумность, поскольку вихревая камера гасит скорость роста давления в начале самовоспламенения. В дизелях без такого элемента самовоспламенение протекает прямо в объеме надпоршневого пространства. Поэтому они отличаются шумностью.

О работе дизельных моторов

Дизельный двигатель не нуждается в искровых свечах. Все начинается с заполнения цилиндров воздушной средой. При приходе поршня в верхнее положение(ВМТ) воздушная порция над цилиндром разогревается до 750 ± 50^оС и туда производится впрыск горючего, самовоспламеняющееся в отсутствии искрового разряда.

Дизельная силовая установка все же обладает свечами накала, чтобы разогревать к/с, чтобы облегчить пуск мотора в морозы. Они выглядят как спирали из металла, возможно, керамики, помещаемые в вихревую камеру (форкамеру) при наличии раздельной к/с,а также прямо в объем нераздельной к/с.

При запуске двигателя свечи накаливания сразу же разогреваются до 1000^оС и прогревают к/с для облегчения самовозгорания микста, образованного из топлива и воздуха.

Конструктивные отличия

По основному устройству дизели подобны бензиновым инжекторным моторам. Но вес подобных деталей дизеля по сравнению, с работающими на бензине, больше и лучше переносят высокое давление.

Дизели отличаются своими поршнями. Их форма диктуется разновидностью к/с и по ней просто выявить для какого двигателя предназначен этот поршень.К/с обычно располагается в поршне, верх которого, достигая ВМТ, выступает выше плоскости блока цилиндров.

Дизели характеризуется сжатием в 21±3 единицы, бензиновый – 10±1 единица. Он имеет принципиальную разницу над двигателем на бензине в формировании, воспламенении и сгорании горючей смеси.

Воздух и топливо в дизелях подается раздельно. Почти у всех современных дизелей имеется система наддува, повышающая его возможности. Чтобы оптимизировать наддув при любых оборотах, геометрия турбонагнетателей делается изменяемой. КПД, крутящий момент и вес агрегатов дизеля больше бензиновых.

Топливоподача в дизельном агрегате

В ДВС, включая дизели, очень важна подача топлива. Она обеспечивает подачу требуемой дозы горючего в нужное время и при необходимом значении давления в объем над цилиндром.

В прошлом был распространен механический впрыск горючего, затем появилась система на основе насоса-форсунки. Теперь более известен проект Common Rail.

ТНВД

Посредством топливного насоса высокого давления (ТНВД) в необходимом порядке нагнетается заданная доза горючего посредством гидромеханических форсунок, смонтированных в цилиндрах. Открытие таких форсунок происходит только тогда, когда давление достигнет наивысшего значения, а закрытие – после падения.

ТНВД делятся на рядные многоплунжерные и распределительные. Первый тип выглядит в виде отдельных секций. Причем одна секция приходится на один цилиндр. Она состоит из пары гильза-плунжер, а приводом для них служит кулачковый вал.Располагаются секции в таких узлах в ряд, поэтому они так и названы.

Рядные насосы сегодня устарели, поскольку не обеспечивают нормативов экологического и шумового характера. Стоит отметить следующее: величина давления впрыска связано с оборотами двигателя. 

Второй тип ТНВД в состоянии обеспечить большое давление впрыска по сравнению с первыми и после них токсичность выхлопа отвечает экологическим нормам. Создаваемый ими напор также связан с режимом работы дизельной силовой установки.

В данных ТНВД процесс нагнетания топлива выполняет всего единственный плунжерный распределитель, который при поступательном перемещении подает дизтопливо, а при вращательном распределяет по цилиндрам, используя форсунки.Этот компактный насос обеспечивает завидную равномерность дозирования горючего до форсунок и надежность работы при высоких оборотах. 

Но для них требуется совершенно чистое и качественное дизтопливо еще и потому, что оно является смазкой для всех трущихся частей, которые имеют очень малые зазоры.

Строгие экологические требования, введенные 30 лет назад для дизельных двигателей, заставили заводы улучшать технологию топливоподачи. Было понятно, что с устаревшей механической системой питания с этой задачей не справится.  

Кардинального изменения ситуации можно было ожидать лишь, оптимизировав процесс горения микста топливо-воздух, обеспечив воспламенение всего его объема почти мгновенно, но, чтобы такое произошло нужна высокая точность дозировки и периода впрыска.

А получить такое можно лишь увеличением давления впрыска горючего и наличием электронного управления ходом топливоподачи. С увеличением давления впрыска вместе с улучшением распыла становится лучше смешение дизтоплива с воздухом.

Такое позволяет добиться практически полного сгорания горючего и снижает загрязненность выхлопных газов. Обычная система с ТНВД с таким повышением давления не справится из-за волнового гидравлического давления. Дальнейшее его повышение приведет к поломке топливопроводов.

Топливоподача в насосах-форсунках и Common Rail

Понадобились новые системы топливоподачи. И их удалось создать: объединив форсунки с плунжерным насосом для получения системы насос-форсунка, а заставив ТНВД нагнетать напор в рампе, была создана топливоподача Common Rail, откуда форсунки получают горючее и производится впрыск, которым руководит электронный блок управления (ЭБУ).

Монтируется насосно-форсуночный симбиоз в головке блока цилиндров и действуют от толкателя с кулачковым распредвалом. Подающими и сливными магистралями являются сверления в головке блока. Поэтому величина напора, развиваемая ими, достигает 2200 бар.

Дозируется высоконапорное горючее и управляется угол опережения впрыска ЭБУ, подачей команд на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насоса-форсунок.

Им доступна многоимпульсная работа. Вначале подается малая доза, а затем основная, что способствует смягчению функционирования мотора и снижению токсичности выхлопа. Но показатель давления впрыска в насос-форсунках изменяется с оборотами мотора, и они довольно дороги.   

Систему топливоподачи Common Rail стали устанавливать на машины, выпускаемые серийно, 23 года назад. Система подает топливо под высоким напором в к/с независимо от изменения скорости вращения коленвала и не связано с нагрузкой. 

ТВНД в Common Rail применяется для накачки рампы горючим высокого давления и не занято функцией дозирования горючего и изменения начала впрыска. В состав Common Rail входит аккумулятор высокого давления (рампа), топливный насос, ЭБУ и набор форсунок, завязанных на аккумулирующую емкость.

Горючее в рампе всегда находится под постоянным давлением величиной 1,8±2 тыс. бар, которое поддерживается ЭБУ изменением производительности ТНВД, и на это не могут повлиять ни обороты, ни нагрузка на мотор, ни последовательность, по которой работают цилиндры.

Управление форсунками осуществляет ЭБУ путем расчета оптимума времени и периода впрыска, получая сигналы, которые посылают датчики о позиции педали газа, давлении в рампе, температуре мотора, нагрузке и др.

Форсунки делятся на электромагнитные и пьезоэлектрические. Последние отличаются быстротой функционирования и прецизионностью дозировки. Также они рассчитаны на многоимпульсный режим работы. Предварительно подается несколько капель, которые, сгорая, повышают температуру над цилиндром. А затем подается основная доза. 

Дизельному агрегату – мотору с самовоспламенением горючего при сжатии – такая ступенчатая подача топлива очень полезна, поскольку способствует плавному увеличению давления в цилиндрах. В результате наблюдается мягкое, тихое и экологичное функционирование.

Способ многократной подачи горючего также снижает температуру в цилиндрах и уменьшает образование NО в выхлопе дизельного двигателя.

Возможности агрегата с Common Rail определяет давление впрыска.У третьего поколения этой системы характерное давление составляет 2,0 тыс. бар. Четвертое поколение, готовое к серийному выпуску, будет выдавать давление 2,5 тыс. бар.

Дизельные двигатели: ремонт

Эти моторы чаще всего ломаются из-за следующих причин:

• низкого качества солярки;
• заводского брака или частностей мотора;
• непрофессионального техобслуживания и недостаточно грамотного использования;
• естественного износа мотора и системы питания;
• низкого качества ремонта и запчастей.

В автосервисе Дизель-Моторс можно сделать ремонт дизельного двигателя любого типа. Причем мы гарантируем высокое качество ремонта, квалифицированное обслуживание и доступные цены. 

Устройство дизельного двигателя автомобиля

Устройство и особенности дизельного двигателя

На российских дорогах популярность дизельных двигателей неуклонно растет. Их отличить довольно просто – достаточно прислушаться к звукам, которые издает мотор. Характерные стуки свидетельствуют о дизеле. Попробуем разобраться в строении дизельного двигателя и принципе его действия.

Выбор в пользу описываемого агрегата автомобилисты делают по нескольким причинам:

• экономичный расход;
• хорошие показатели крутящего момента;
• предпочтительная цена топлива

Современные модели уже готов потягаться с бензиновыми по уровню шума, не уступая при этом в надежности.

Особенности конструкции дизеля

Если сравнивать бензиновый и дизельный двигатель, то сразу найти существенные отличия не так просто. Здесь вы увидите знакомые поршни и цилиндры, шатуны и клапаны. Правда, последние у дизеля претерпели некоторые изменения. Клапаны существенно усилены, потому что они постоянно находятся под высокими нагрузками. Отсюда увеличение габаритов мотора и, соответственно, больший вес.

Но главное отличие кроется в другой области. У дизельного двигателя совершенно по-другому формируется, воспламеняется и горит смесь топлива с воздухом. Происходит это в несколько этапов:

1. Поступление в цилиндры чистого воздуха.
2. Его сжатие, нагрев до значения 800 градусов по Цельсию.
3. Впрыск топлива под большим давлением.
4. Самовоспламенение среды.

Давление повышается резко, отчего двигатель работает жестко и характеризуется сильными шумами. Это позволяет применять дешевое топливо. К тому же, выбросы токсинов и других вредных веществ значительно ниже, чем у бензинового двигателя.

Но есть у дизельного агрегата и очевидные минусы:

• громкая работа;
• высокий уровень вибрации;
• ограничения по мощности;
• проблемы с холодным пуском.

Современные производители смогли добиться определенных успехов, поэтому описанные недостатки уходят на второй план и не так заметны, как раньше.

Основные виды дизельных двигателей

Сегодня дизельные моторы делятся на несколько типов в зависимости от особенностей строения камеры сгорания. Рассмотрим самые популярные.

Непосредственный впрыск

Здесь камера сгорания не разделена. Топливо попадает в пространство над поршнями, сама же камера находится в поршне. Такая система применяется в основном в двигателях с низкими оборотами и большим рабочим объемом. Ограничения в сфере применения связаны с некоторыми трудностями процесса, что приводит к высокому уровню шума и чрезмерной вибрации.

Решить проблемы удалось за счет современных технологий:

• топливных насосов высокого давления, управляемых электроникой;
• системы впрыска с двумя ступенями;
• оптимальных процессов сгорания

Раздельная камера сгорания

Это тип гораздо популярнее предыдущего. Здесь заметны существенные отличия впрыска топлива – оно поступает в отдельную камеру. Чаще всего она вихревого типа. Так удается поддерживать интенсивное закручивание воздуха, что положительно сказывается на образовании смеси и ее воспламенении. Таким образом, в вихревой камере процесс начинается, а заканчивается уже в основной.

Раздельная камера дарует несколько важных преимуществ. Во-первых, снижается уровень шума. Во-вторых, увеличиваются максимальные обороты. Именно поэтому вихревые двигатели завоевали абсолютное большинство – они есть в 90% всех дизельных легковых автомобилей и внедорожников.

Ремонт дизельного двигателя >>>

Замена свечей накала >>>

Системы безопасности дизельных двигателей | АМОТ

Хотя дизельные двигатели более безопасны, чем бензиновые, при работе в средах, богатых углеводородами, в определенных ситуациях они могут стать источником воспламенения. Скорость дизельного двигателя контролируется внутренним регулятором скорости, который измеряет количество топлива, подаваемого в двигатель. Если в атмосфере присутствуют легковоспламеняющиеся пары, они втягиваются во впускную систему вместе с чистым воздухом, а дополнительное топливо заставляет двигатель разгоняться.

При быстром увеличении оборотов двигателя он всасывает больше воздуха и паров. Цикл продолжается до тех пор, пока двигатель не перейдет на использование неизмеренных паров в качестве источника топлива. Если этот цикл не будет остановлен, это может привести к превышению скорости двигателя или его разгону, что сделает его потенциальным источником воспламенения взрывоопасных паров и приведет к:

• Подпрыгивание клапана

• Пламя, выходящее из впускной и выпускной труб

• Температура поверхности (автоматическое зажигание)

• Искры

• Катастрофические травмы или смерть

На протяжении более 45 лет AMOT способствует повышению безопасности на опасных производствах, повышая осведомленность о рисках эксплуатации дизельных двигателей в этих условиях и обучая специалистов отрасли способам защиты своего оборудования и людей. Мы продолжаем инвестировать в исследования и технологии продуктов, поскольку дизельные двигатели развиваются, чтобы соответствовать современным стандартам производительности.

Мы работаем с производителями двигателей, нефтегазовыми сервисными компаниями, компаниями, предоставляющими услуги поддержки, и операторами для разработки комплексных систем, защищающих от разгона дизельного двигателя и рисков, связанных с тем, что дизельный двигатель может стать источником воспламенения на рабочих площадках.

 

ИНЖЕНЕРНЫЕ ЕДИНИЦЫ

ИМПЕРИАЛ

МЕТРИЧЕСКАЯ

Запорные клапаны воздухозаборника

В то время как некоторые компании внедряют протоколы безопасности для предотвращения разгона дизельного двигателя, автоматические запорные клапаны принудительного впуска воздуха являются единственным надежным методом остановки двигателя, когда он начал работать с превышением скорости. Эти устройства работают, полностью блокируя систему впуска воздуха двигателя, отключая внешний источник топлива и воздух, необходимый для поддержания работы двигателя.

Узнать больше

Переключатели и датчики скорости вращения

Реле скорости используются для контроля оборотов двигателя в автоматических системах защиты от превышения скорости дизельного двигателя. В случае превышения скорости двигателя переключатель скорости немедленно отключит дизельный двигатель. Имеются электрические, электрические и гидромеханические выключатели для опасных зон.

Магазин

Искрогаситель

Искрогасители

предназначены для предотвращения риска возгорания из-за искр, выбрасываемых из выхлопных систем дизельных двигателей. Они обычно используются в морской, нефтегазовой, горнодобывающей, лесной и других опасных зонах.

Магазин

Аксессуары

Комплекты для установки клапана

содержат все компоненты, необходимые для установки клапана в воздухозаборную линию двигателя большинства дизельных двигателей.

Узнать больше

Главное защитное устройство отключения

Главное устройство защитного отключения контролирует давление или температуру вращающихся механизмов в опасных и промышленных условиях. При потере или падении давления ниже заданного значения устройство немедленно отключится.

Магазин

Взрывозащищенный генератор

Стандартные автомобильные генераторы переменного тока являются постоянным потенциальным источником воспламенения при эксплуатации в опасных атмосферах, где могут существовать горючие концентрации газа, паров или пыли.

Магазин

Отключение дизельного топлива

Клапаны отсечки топлива дизельных двигателей

предназначены для применения в тех случаях, когда требуется отключение подачи топлива в составе систем автоматического отключения двигателя. Клапаны отсечки топлива гидромеханических двигателей предназначены для использования в качестве предохранительных клапанов в гидромеханических системах, работающих под давлением масла. Запорный клапан подачи топлива в двигатель разрежения предназначен для работы совместно с запорным клапаном подачи воздуха в дизельный двигатель.

Магазин

Семь типов дизельного оборудования Экономика

Если вы подумываете о карьере дизельного механика, вам нужно убедиться, что вы знакомы с различными видами оборудования, в котором используются дизельные двигатели.

Национальный совет по биодизелю сообщает, что дизельная технология является ключом к будущему транспортной отрасли, особенно применительно к транспортным средствам средней и большой грузоподъемности (как дорожным, так и внедорожным), а также оборудованию для железнодорожного, морского, промышленного, сегменты сельского хозяйства и строительства. Совет также отмечает, что более 90% всех большегрузных автомобилей в США работают на дизельном топливе, и дизельные пикапы и внедорожники остаются одними из самых продаваемых потребительских автомобилей.

Правление указывает на 37 новых моделей автомобилей, грузовиков и внедорожников с чистым дизельным двигателем, выпущенных только в 2016 году, и еще 40 находятся в разработке для будущих рынков.

Удивительное разнообразие техники приводится в действие дизельными двигателями. Подготовка к карьере дизельного механика в Lincoln Tech может помочь вам познакомиться со многими из них, в том числе с этими примерами, приведенными на Dieselforum. org:

Строительная техника 

Дизель приводит в действие более трех четвертей всей тяжелой строительной техники. Механики в этой области работают вне фирменных или муниципальных мастерских или путешествуют со строительными бригадами. В эту категорию попадают многие типы дизельного оборудования.

Сельскохозяйственное оборудование

Дизельные двигатели приводят в действие более двух третей всего сельскохозяйственного оборудования, ежегодно перемещают 90 процентов сельскохозяйственной продукции и перекачивают пятую часть воды, используемой на фермах США. «Дизельные автомобили используются для посадки продукта, ухода за продуктом (путем полива и внесения удобрений и пестицидов), сбора продукта и даже доставки продукта на рынок для переработки», — сообщает Dieselforum.org.

Большие грузовики

На дизельном топливе перевозится около 90 процентов национального грузового тоннажа; почти все грузовые автомобили для шоссейных дорог оснащены дизельными двигателями. Крупные буровые установки являются одними из наиболее часто встречающихся типов дизельного оборудования, когда речь идет о ремонтных мастерских и тренировочных площадках.

Железнодорожные и морские двигатели

Механикам в обеих этих областях часто требуется обучение работе с конкретными системами. Железнодорожные механики сосредоточены на двигателях поездов, которые перевозят около трети всех грузов в США. Морские механики могут сосредоточиться на коммерческих судах, погрузочно-разгрузочном оборудовании, баржах и / или морских рабочих катерах. В обеих областях механики могут путешествовать с транспортными средствами для решения повседневных проблем или работать в магазинах, занимаясь более рутинными обновлениями и настройками.

Автобусы

Количество пассажиров общественного транспорта растет с 1995 года, что повышает спрос на механиков, способных решать проблемы, связанные с дизельным двигателем. При измерении в 2013 году 77 процентов транзитных автобусов были оснащены дизельными двигателями и топливными или дизельными гибридными двигателями.