Принцип работы 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.

Дизельные двигатели с роторным насосом

Первым рассмотрим роторный насос с электронным управлением (распределительный, VEP). Это решение использовалось на протяжении 90-х годов. Насос обычно приводился в действие зубчатым ремнем, а иногда отдельной цепью (реже).

На рынке доминируют автомобили с непосредственном впрыском топлива и роторным насосом Bosch типа VP (29/30, 36, 37, 44 и т.д.). Это 1.9 TDI (VAG) до 1998 года, 2.5 V6 TDI (VAG), 2.0 BMW (M47), 1.8 TDDi (Ford) и DI/DTI (Isuzu/Opel). Примечательно, что некоторые двигатели дебютировали с роторным насосом (2.0d BMW M47, 1.8 TDDi Ford), а во время производства переключились на Common Rail (M47TU BMW и 1.8 TDCi Ford).

Большинство агрегатов с распределительным насосом считаются довольно долговечными и надежными, несмотря на большие пробеги. Проблемы могут быть вызваны самим насосом. И дело тут не в плохой конструкции, а в возрасте. Автомобили с такими двигателями, очевидно, прошли уже ни одну сотню тысяч километров. А на продажу они обычно выставляются, когда появляются неполадки – проблемы с запуском, дымление, повышенный расход топлива.

Типичные неисправности: износ нагнетательных элементов, утечки, неисправности электроники. Двигатели с VEP чувствительны к слишком малому количеству топлива. В таком случае насос работает практически без «смазки». Езда на «парах» противопоказана. Если бак опустошен, то лучше вызвать эвакуатор или долить солярки из канистры.

Плохая новость заключается в том, что хороший ремонт по-прежнему стоит приличных денег (20-40 тыс. рублей), а новый насос довольно дорог (свыше 60 000 рублей). Учитывая небольшую стоимость уже немолодого автомобиля, ремонт кажется неоправданно затратным.

Некоторые пытаются отремонтировать насос заменой сгоревшего транзистора в блоке управления насосом. Обычно это помогает, но ненадолго. Транзистор сдается из-за повышенного внутреннего сопротивления изношенного насоса, поэтому новый транзистор вскоре тоже сгорит.

Приличный возраст означает и риск проблем с оборудованием (турбина, маховик) и различными датчиками. Но есть и хорошие новости. Двигатели с насосом VEP обычно имеют сравнительно простые и дешевые форсунки. Поэтому для их ремонта или замены много денег не понадобится.

Сравнение показателей бензиновых и дизельных силовых установок

Перед покупкой авто каждый человек задается вопросом о том, купить дизельный двигатель или остановить выбор на бензиновой установке.

При этом в учет берутся эксплуатационные свойства первостепенной важности, к которым во время разговора о ДВС принято относить мощность, расход топлива, ремонтопригодность и стоимость техобслуживания, а также срок службы и влияние на окружающую среду. Поговорим об этих моментах более подробно. 

Мощность

Рабочая смесь в дизельном силовом агрегате сгорает более эффективно. Это объясняется, во-первых, упомянутыми выше особенностями системы бензинового двигателя, а во-вторых, более высокой степенью сжатия – 20 против 10 единиц у дизтоплива и бензина соответственно.

Коэффициент полезного действия у дизеля процентов на 40 выше, чем у аналогов на бензине, расход топлива при этом ниже, однако в плане мощности на выходе бензиновые моторы лучше, они заметно мощнее. 

Расход топлива

Цена бензинового двигателя ниже, чем дизеля, однако в плане расхода топлива дизеля куда более экономичны

Правда, при подсчете уровня экономии важно учитывать несколько факторов. Так, показатели расхода топливной смеси зависят от того, ездит ли машина по городу или по трассе, какую манеру вождения предпочитает водитель, в какое время года и при каких условиях ТС эксплуатируется. 

Чем больший отрезок пути проехало дизельное авто, тем быстрее оно окупится, ведь дизтопливо дешевле бензина, особенно летом. К слову, в мороз экономия будет незначительной, ведь придется заливать «зимнюю» солярку, которая стоит дороже – летняя под воздействием низких температур застывает и превращается в желеобразную смесь. 

Помимо всего прочего, дизельный силовой агрегат работает на более низких оборотах, как следствие — расход топлива снижается в среднем на 20 процентов. Это, в свою очередь, позволяет экономить не только деньги, но и время – расстояние, которое можно будет преодолеть на одном баке, станет длиннее, заезжать на заправку придется реже.

Опытные же автовладельцы говорят, что наиболее заметной экономия будет в случаях, когда годовой пробег составляет не менее 25-ти тыс. км. Если за год машина наматывает меньше, целесообразнее будет купить бензиновый двигатель.

Ремонтопригодность и стоимость техобслуживания

Практика показывает, что ресурс надежности дизельных авто значительно выше. Да, они требовательнее к качеству топлива, однако хорошее топливо, как известно, положительным образом отражается на сроке службы узлов и механизмов. Правда, есть у дизельных моторов и минус — более сложное техническое устройство, следовательно, ремонт дизельных двигателей сложнее, обслуживаться они должны исключительно в сертифицированных сервисных центрах, да и покупка запчастей, комплектующих обходится дороже. 

Собственникам авто на солярке приходится чаще менять масло и, соответственно, масляный фильтр, проверять уровень давления в цилиндрах.

А это тоже влечет за собой дополнительные и зачастую немалые расходы. В общем и целом выходит, что цена дизельных двигателей выше, чтобы затраты окупились, машина должна эксплуатироваться максимально интенсивно.

Срок службы

Если залить обычную солярку, при -15-ти она загустеет, не сможет пройти через топливный фильтр, и машина попросту не заведется.

Да и прогрев таких моторов происходит дольше, не менее, чем через 10 минут непрерывного движения, поэтому в регионах с суровым климатом эксперты советуют либо долго прогревать машину, либо остановить выбор на автомобилях на бензине.

Загрязнение окружающей среды

Считается, что дизельные моторы характеризуются крайне негативным воздействием на окружающую среду, и когда-то это действительно было так.

Но в последнее время столб густого черного дыма из выхлопной трубы – явление крайне редкое. Мировой автопром неустанно внедряет новые технологии, позволяющие заметно снизить содержание вредных веществ в выхлопах дизельных автомобилей, благодаря чему они становятся куда более экологичными.

Дополнительные компоненты двигателя

Помимо основных деталей, которые обязательно присутствуют в конструкции двигателя, есть еще дополнительные детали и узлы, которые улучшают характеристики и работу ДВС.

Принцип работы турбины

Турбина — это устройство, которое создает дополнительного нагнетание топлива. Двигатель с турбиной имеет большую производительность.

Идея создания турбины появилась при обнаружении такого факта, что при движении поршня вверх, солярка не успевает полностью сгорать.

С помощью турбины, сгорание топлива в цилиндрах происходит до конца, за счет чего уменьшается расход топлива и увеличивается мощность ДВС.

Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:

• подшипники — служит опорой дает возможность вращаться валу;
• кожух на турбине;
• кожух на компрессоре;
• стальная сетка.

Цикл работы турбонаддува:

1. Компрессор создает вакуум и всасывается воздух внутрь системы.
2. Ротор турбины передает вращение ротору.
3. Интеркулер охлаждает воздух.
4. Через впускной коллектор осуществляется подача воздуха, предварительно воздух проходит степени очистки (воздушные фильтры). После поступления воздуха, впускной клапан закрывается.
5. Отработанные газы движутся через турбину ДВС и создают давление на ротор.
6. В этот момент скорость вращения турбины вала турбины очень высока, достигает 1500 оборотов в секунду. От этого начинает вращаться ротор компрессора.

Цикл далее повторяется.

Интеркулер и форсунка

При сжатии плотность воздуха и температура увеличиваются. Это негативно сказывается на межремонтном периоде деталей двигателя. В связи с чем была разработано устройство, которое охлаждает горячий воздушный поток.

В зависимости от модификации дизельных двигателей, в цилиндре топливо может распыляться одной или двумя форсунками.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

• Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
• Надежность ТНВД;
• Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

• Чувствительность к качеству топлива;
• Сложная конструкция форсунок;
• Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
• Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Источник

Электронный тюнинг двигателя

Современные дизельные двигатели все чаще оснащаются электроникой. Датчики, которые следят за нагрузкой, контролируют количество подаваемого топлива и состав топливного заряда, подают сигналы на центральный блок управления, который подбирает наиболее эффективный и экономичный режим работы. При аккуратном влиянии на эту систему с помощью дополнительного оборудования можно повышать мощность мотора в определенных пределах – это называется чип-тюнинг. Сразу нужно отметить, что чип-тюнинг не всесилен, он может улучшить работу двигателя в пределах заложенного запаса прочности и частенько приводит к преждевременному износу систем.

Для повышения мощности дизельного двигателя могут использоваться специальные модули или блоки:
— блок, изменяющий импульсы управления форсунками;
— блок замещения режимов топливного насоса высокого давления (ТНВД);
— блок, изменяющий показания датчика давления топливного аккумулятора;
— модуль оптимизации режимов.

Первый вариант – наиболее известный среди любителей автотюнинга. Принцип работы такого блока заключается в том, что он блокирует кратковременные импульсы предварительного и последующего открытия иглы форсунки, что снижает расход топлива. Блок можно установить практически на любой модели, но его работа снижает ресурс мотора и сказывается на качестве сгорания топливного заряда.

Второй вариант можно использовать только на определенных моделях двигателей. Принцип действия этого блока заключается в том, что он подает сигнал с заниженными показателями давления в системе, что приводить к его повышению. В этом случае «страдает» ТНВД и форсунки, но мощность двигателя действительно увеличивается, а расход топлива уменьшается.

Третий вариант предусматривает подключение блока, который подает на ЭБУ сигнал о допустимо пониженном значении давления в топливном аккумуляторе. В результате давление автоматически повышается и по-новому определяется время и интенсивность впрыска топлива. При этом повышается мощность и экономится топливо, но снижается ресурс ТНВД и сажевого фильтра, на стенках цилиндра образуется нагар, двигатель начинает «дымиться».

Наиболее безопасным и эффективным является четвертый вариант. Модуль, подключаемый к системе питания, не подменяет нужными цифрами истинные значения рабочих параметров, а посылает сигнал на ЭБУ о необходимости изменения длительности впрыскивания топлива. В отличие от предыдущих блоков, данный модуль не приносит никакого вреда ни двигателю, ни ТНВД, так что ресурс систем и механизмов не уменьшится. Недостатком данного способа повышения мощности является его высокая стоимость, ограниченность в применении и сложность конструкции. Он не дает моментального эффекта – его действие можно почувствовать только через некоторое время.

Есть и другие способы, в том числе и использование оборудования, которое меняет истинное значение стехиометрических величин, но их применение может привести к серьезным проблемам с двигателем.

Одной из серьезных проблем, возникающих у дизельных двигателей — это так называемый «разнос двигателя». Это нештатный режим работы дизельного двигателя, при котором происходит неуправляемое повышение частоты вращения вала двигателя. Такой режим обычно наблюдается после запуска или при резком сбросе нагрузки. Основных причин разноса две: неисправность топливного насоса высокого давления и попадание большого количества моторного масла в камеру сгорания.

Принцип и особенности работы дизеля

Принцип работы дизельного двигателя выглядит как самовоспламенение подающегося распыленного топлива при взаимодействии с разогретым при сжатии воздухом. Такие движки обладают как рядом преимуществ, так и рядом недостатков. К первым можно отнести: принцип его работы идеально подходит для тяжелых грузовиков: он более экономичен по сравнению с бензиновым силовым агрегатом. Недостатки: сам процесс сгорания топлива равносилен взрыву, что уже само по себе не может быть достоинством; топливная аппаратура имеет достаточно сложную конструкцию, поэтому, если она выйдет из строя, вам хорошенько придётся повозиться; развиваемая скорость будет меньше, чем при работе на бензиновых моторах.

Вкратце дизельный двигатель работает следующим образом. В цилиндры через впускные клапаны подаётся воздух. При сжатия его поршнем нагревается до требуемой температуры, а коленчатый вал воспринимает усилие, поступающее от поршня, и преобразует его в крутящий момент.

Дизельный двигатель бывает двух и четырехтактным.

Двухтактный двигатель работает следующим образом: во время рабочего хода поршень передвигается вниз, при этом открываются выпускные отверстия в цилиндре и из него выходят выхлопные газы. В это же время открываются впускные окна, осуществляется продувка воздухом. Далее поршень начинает движение вверх, все окна закрываются, происходит процесс сжатия воздуха. Перед тем, как поршень достигнет верхней «мертвой» точки, топливо распыляется из форсунки, происходит взрыв, и весь процесс повторяется заново.

Работа четырёхтактного двигателя следующая (см. рисунок). В первый такт делается впуск воздуха, в это же время открыт и выхлопной клапан. Второй такт соответствует сжатию воздуха, чтобы он достиг необходимой температуры. На третьем такте впрыскивается горючая смесь в камеру сгорании, и в результате взаимодействия с разогретым воздухом происходит взрыв. Во время четвертого такта осуществляется вывод выхлопных газов из цилиндра.

Современные дизельные двигатели оснащены компьютерным управлением подачи топлива, позволяющим осуществлять впрыскивание горючей смеси в цилиндры дозированными порциями. При такой подаче давление, возникающее в камере сгорания, нарастает плавно без разного рода «рывков», что способствует мягкой и бесшумной работе силового агрегата. Это позволяет сократить расход топлива почти на 20%. Если же в дизеле имеется турбонаддув, это также повышает мощность мотора.

Двигатель на дизельном топливе отличается высокой мощностью и коэффициентом полезного действия в отличие от своего собрата, работающего на бензине. Поскольку сила давления внутри дизельного мотора в два раза больше, чем на бензиновом, он должен иметь высокую прочность. Она достигается путём использования новейших технологий. Это обстоятельство усложняет процесс сборки мотора.

Дизельные двигатели работают на дизельном топливе трех сортов, определяющих климатические условия применения: ДТ-Л летнее, ДТ-Е – межсезонное, ДТ-З – зимнее и ДТ-А — арктическое. Летнее дизельное топливо можно применять только при температуре окружающего воздуха выше 0 градусов Цельсия. Когда температура опускается до минус 20 С, следует применять межсезонное топливо, а при морозах, достигающих минус 30 градусов — зимнее топливо, при более низких температурах применяют арктическое топливо. Дизельное топливо менее пожароопасно, чем бензин.

При низких температурах топливо превращается в желеобразную массу. Это требует содержания автомобиля в отапливаемом помещении или оснащение его устройством подогрева топлива.

Запускают дизельные двигатели, как правило, при помощи подогревательных устройств, смонтированных непосредственно на двигателе. Порядок их применения излагается подробно в заводских инструкциях по эксплуатации автомобилей.

Для очистки выхлопных газов в дизельных двигателях применяют устройства для впрыска в выпускной такт мочевины. Выхлоп дизеля после очистки становится водой, азотом и углекислым газом. Окислы азота в катализаторе превращаются в инертный газ, который не представляет никакой угрозы.

Отрегулированный дизельный двигатель выбрасывает в атмосферу менее вредные отработанные газы, нежели аналогичная установка, которая не имеет данной возможности. В частности, в этом случае показатель окиси углерода значительно меньше, чем у бензиновых двигателей.

Расход топлива при езде невелик, что оправдывает приобретение автомобиля при предвижении на большие расстояния. Однако ремонт дизельных двигателей сложен и требует участия профессионалов. В сильные морозы завести автомобиль труднее, чем бензиновый.

Дизельный двигатель сложнее бензинового, но экономичнее при дальних переездах.

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.