Устройство и принцип действия дизельного двигателя

Данные агрегаты пользуются большим спросом среди владельцев коммерческого транспорта. Преимуществ этих ДВС много - они более безопасны для окружающей среды, имеют высокий КПД и большой крутящий момент, экономнее потребляют горючее, и эффективнее расходуют его, а пробег в среднем в 1,5 раза больше, чем у бензиновых аналогов.

Корпусные детали в дизеле существенно усилены, потому что степень сжатия здесь на порядок выше, чем в бензиновом ДВС - механизмы прочнее, массивнее и способны выдержать огромную нагрузку. Но главное отличие состоит в способе образования смеси, создающей движущую силу для всего транспортного средства. В бензиновом аппарате воздушные потоки и бензин смешиваются во впускной системе, а после подается разряд для принудительного зажигания.

В дизеле воздушный поток сжимается, достигая при этом высоких температур - не менее 700 градусов Цельсия. Затем впрыскивается дизтопливо, которое мгновенно реагирует с кислородом и очень быстро, интенсивно сгорает. Поэтому его в камеру впрыскивают форсунки - они создают среду из мелких капелек.

Принцип работы

Рабочий объем цилиндра ограничен его стенками и движущимся поршнем, в днище которого есть углубления. Это позволяет во время движения создавать завихрение в камере сгорания для интенсивного выгорания частиц, которые под определенным углом впрыскивает форсунка через впускное отверстие Для полной теплоотдачи необходимо, чтобы дизтопливо было подано перед достижением верхней мертвой точки. После вспышки резко повышается температурный напор и аппарат издает много шума, сильно вибрирует - это основные его недостатки.

Дизель может работать на разных смесях - как на обогащенных, так и на бедных, синтетического и природного происхождения. К ним предъявляются строгие требования:

• Цетановое число составляет не менее 40 единиц. Характеристика показывает воспламеняемость жидкого продукта ректификации нефти, состоящего из керосино-газойлевых фракций или в редких случаях биотоплива - например, рапсового масла;
• Небольшая вязкость. Чем она выше, тем ниже будет количество оборотов, которые “выдает” мотор. Показатель варьируется - для летнего и зимнего горючего он будет различаться из-за климатических условий. Существуют также и другие ограничения, закрепленные государственными и международными стандартами;
• Невысокий порог самовозгорания;
• Процент примесей сводится к минимуму - в частности, это касается сернистых соединений, которые отличаются хорошими смазывающими свойствами, но разрушительно влияют на атмосферу. Они компенсируются присадками.

Если цетановое число будет меньше, аппарату грозят поломки из-за повышенной детонации и нестабильности.

Конструктивные особенности

Камеры сгорания дизельных моторов могут быть:

• неразделенные - впрыск производится непосредственно в рабочее пространство. Самый комфортный диапазон для такого типа камер - низкие обороты, а благодаря применению топливных насосов высокого давления (ТНВД) они могут стабильно выдавать и 4300-4500 об/мин.
• разделенные - капли разбрызгиваются в отдельный отсек, куда нагнетаются турбулентные воздушные вихри Это оптимизирует процесс - вещества самовоспламеняются, и лишь потом попадают в цилиндр. Процедура проходит плавно и без рывков, поэтому показатели шумообразования намного ниже.

Бесперебойная порционная подача энергетического носителя через равные промежутки времени - задача топливной системы (ТС), которая контролирует его состав, регулирует соответствие теплофизических параметров. Является достаточно сложной и дорогостоящей. Она состоит из таких звеньев:

• Топливный фильтр. Нужен для удаления вредных компонентов и избыточной влаги из энергоносителя, а также загрязнений. Пропускная способность изделия и класс фильтрации зависят от характеристик двигателя. Корпус может содержать ручной насос для откачивания воздуха и пробку для сливания воды. Может содержать дополнительные датчики. Чтобы облегчить запуск авто в холодную пору года, предусмотрен электроподогрев фильтра. Нагрев препятствует кристаллизации парафинов и закупорке пор.
• ТНВД. Отвечает за подачу порций дизтоплива согласно определенному алгоритму в зависимости от выбранного режима. Автоматизирует управление исполнительными механизмами в зависимости от “команд”, которые посылает водитель, нажимая педали сцепления, газа, и т.д. Каждое действие активирует определенный набор регуляторов, отвечающих за подачу горючего, положение рычагов, выпуск отработанных газов. В современных транспортных средствах используется ТНВД распределительного типа.
• Форсунки. Подводят порции дизтоплива, часто контактируют с высокими температурами, поэтому изготавливаются из огнеупорных материалов. Работают с особой точностью, обеспечивая своевременное и циклическое сгорание топлива.

Современные автомобили, которые работают на дизтопливе, оснащаются продвинутой автоматизированной ТС - Common Rail, или аккумуляторной ТС магистрального типа. Она намного точнее отмеряет порции при впрыске и обеспечивает независимость большинства процессов, снижая риск преждевременного вывода из строя механизмов.

Для холодного запуска используется предпусковой подогрев - включение нагревательных элементов, размещенных в цилиндре. Электрические свечи быстро прогревают воздух, что облегчает запуск. В среднем 20 секунд спустя питание нагревателей отключается.

Повышение мощности достигается турбонаддувом - нагнетанием дополнительных потоков воздуха. Из-за того, что в дизеле давление отработанных газов в полтора-два раза выше, чем у бензиновых моторов, он здесь особенно эффективен. Кроме этого, турбокомпрессор снижает токсичность выхлопов после повторной перегонки и позволяет рационально расходовать энергоноситель.