Дизельный двигатель

Определение.

Дизельный двигатель – поршневой ДВС, работающий от дизельного топлива. Топливо возгорается от сильного сжатия воздуха в цилиндре.

История.

В 1890 году Рудольф Дизель предположил, что если увеличить давление в цилиндрах, то эффективность работы двигателя заметно увеличится (теория «экономичного термического двигателя»). Свои замыслы ему удалось реализовать после получения патента на свое изобретение 23 февраля 1893 года. Первая рабочая модель двигателя была собрана только в начале 1897 года, а 28 января она успешно прошла все тестирования и испытания.

Патент на изобретение Дизеля

Патент, который получил Рудольф Дизель 23 февраля 1893 года на свое изобретение.

В качестве топлива Рудольф Дизель предполагал использовать каменноугольную пыль, однако проведенные опыты показали, что она совершенно не подходит на эту роль из-за высоких абразивных свойств. Зола, полученная при сгорании пыли, изнашивает двигатель и выводит его из рабочего состояния. Помимо того, неосуществимой оказалась подача пыли в цилиндры двигателя. Однако, несмотря на эти неудачи, стало возможным использование тяжелых фракций нефти в качестве топлива. Хотя Рудольф Дизель первым запатентовал использование в качестве системы зажигания сжатие воздуха, однако и до него существовали люди, высказывавшие подобные идеи. Таким был и Экройд Стюард, но по непонятным причинам он не смог получить патент.

Идея Экройда Стюарда заключалась в использовании сжатого воздуха для поджигания, впрыскиваемого в емкость, топлива. Чтобы запустить двигатель, необходимо было нагреть емкость лампой, но после запуска, работа двигателя поддерживалась без дальнейшего подвода тепла. Главное упущение теории Стюарта в том, что он даже не учитывал преимущества работы от высокой степени сжатия. Перед собой он ставил задачу исключения из двигателя свечей зажигания. Вот почему в нынешнее время всем хорошо известны «дизельные двигатели«, «дизельное топливо», «двигатель Дизеля» и просто «дизель», а про Экройда Стюарда почти никто не знает.

Первые дизельные двигатели были крупногабаритными и тяжелыми, поэтому на протяжении почти 30 лет применялись исключительно в стационарных механизмах и силовых установках морских судов. Дорога в автомобилестроение была им закрыта также из-за того, что системы впрыска топлива того времени не были приспособлены к работе на высокооборотистых двигателях.

Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель

На фотографии один из первых дизельных двигателей. Он представлял собой громоздкую стационарную конструкцию с одним цилиндром.

В 20-е годы ХХ века немецким инженером Робертом Бошем был усовершенствован встроенный топливный насос высокого давления, который широко применяется и сегодня. Использование гидравлической системы в качестве нагнетателя и впрыскивателя топлива позволило избавиться от отдельного воздушного компрессора, а также увеличить крутящий момент двигателя. Но даже после этого дешевые и легкие двигатели с электрическим зажиганием лидировали среди легковых автомобилей, в то время как дизельные двигатели устанавливались только на общественный транспорт и грузовые машины.

«Дизель» в массы!

Переломным моментом в истории дизельных двигателей стали события 70-х годов. После резкого подорожания бензина, мировые производители малолитражных автомобилей заинтересовались в использовании дизельных двигателей.

О целесообразности использования дизельных двигателей заговорили и экологи. Выхлопы дизельного двигателя не такие токсичные и не загрязняют атмосферу.

Ж/Д транспорт и морские суда.

Помимо легковых автомобилей и грузовиков, дизельным двигателем оснащаются и локомотивы. «Дизель-поезда» незаменимы на неэлектрифицированных участках железных дорог благодаря своей автономности. Двухтактные дизельные двигатели с мощностью до 100.000 л.с. применяются на больших морских судах.

Принцип работы дизельного двигателя.

Четырехтактный цикл.

На первом такте работы двигателя происходит втягивание воздуха через открытый впускной клапан цилиндра. Поршень опускается.

На втором такте воздух нагревается при сильном (примерно в 17 раз) сжатии в цилиндре. Поршень поднимается.

Во время третьего такта поршень опускается, топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсун. Топливо равномерно перемешивается с воздухом и образует самовоспламеняющуюся смесь. Энергия, образующаяся при сгорании топлива, приводит поршень в движение.

Четвертый такт – завершающий. Поршень поднимается, и выхлопные газы выходят через выпускной клапан.

Дизельные двигатели различаются конструкцией камеры сгорания:

Неразделенная камера сгорания: камера сгорания располагается в поршне, а впрыск топлива происходит в надпоршневом пространстве. Основное преимущество конструкции в пониженном расходе топлива, однако приходится терпеть грохот и шум. В нынешнее время конструкторы уделяют много внимания на разрешение этой проблемы.

Разделенная камера сгорания: топливо поступает в отдельную камеру (которая называется вихревой). Преимущественно в конструкции дизельных двигателей есть соединение вихревой камеры с цилиндром при помощи специального канала. Воздух, попадая в эту камеру, закручивается, что способствует более интенсивному перемешиванию топлива с кислородом. Раньше такая система была популярной в автомобилестроении, но из-за своей неэкономичности постепенно вытесняется конструкцией с неразделенной камерой сгорания.

Двухтактный цикл.

Помимо 4-хтактного цикла существует также и двухтактный.

На начало первого такта цилиндр, наполненный воздухом, располагаются в нижней (мертвой) точке. При перемещении поршня вверх, происходит сжатие воздуха. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется. Благодаря расширению продуктов сгорания топлива, поршень совершает работу и опускается вниз. В нижней мертвой точке цилиндр продувается от продуктов сгорания и в него поступает чистый воздух. На этом цикл завершается.

Процесс вентиляции осуществляется за счет специальных продувочных окон, которые в зависимости от положения поршня то закрываются, то открываются. Данный тип продувки называется щелевым. Альтернативой ему является клапанно-щелевая продувка. Клапана в ней служат только для отвода отработавших газов, а окна для поступления чистого воздуха.

Так как в двухтактном цикле частота рабочего хода чаще в два раза, то можно предложить, что и мощность будет больше в два раза. Однако на практике такого не наблюдается. Максимальный прирост мощности по отношению к четырёхтактному 1.6-1.7 раз.

О правильной эксплуатации дизельного двигателя, а также о его ремонте можно почитать здесь.

Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Устройство системы дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

• цилиндро-поршневая группа (цилиндры, поршни, шатуны);
• топливные форсунки;
• впускные и выпускные клапана;
• турбина;
• интеркулер.

Современный дизельный двигатель в разрезе

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Подача солярки осуществляется только в момент, при котором воздух максимально сжат и имеет максимальную температуру.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

Порядок работы дизельной системы:

1. 1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
   2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
   3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания. Процесс самовоспламенения солярки с воздухом от свечи накаливания.

   Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.

2. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
3. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

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.

При охлаждении воздуха, его плотность увеличивается. Если плотность воздуха стала больше, значит можно закачать воздух большим объемом. Чем больший поток воздуха подается в камеру сгорания, тем лучше сгорает топливо.

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.

Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.

Вывод

За счет постоянных инженерных внедрений и испытаний, современные дизельные двигатели выдают очень хорошие технические характеристики. Качество сгорания отличное за счет использования турбонагнетателя. Качество сгорания, примерно, выше в 2 раза, чем у бензинового двигателя.

В последние годы идет постоянное усовершенствование не только для улучшения эксплуатационных показателей, но и за счет современных требований мировых экологов. Сначала было требование двигатели Евро-2, потом 3, 4, 5.

Видео

В этом видео показывается принцип работы дизеля.

Строение системы дизельного двигателя.

Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).

Отличия ДВС евро 5 от евро 4.

Сильный характер. Самые популярные дизельные внедорожники в России

Дизельные автомобили очень зависят от климатических условий эксплуатации. Низкие температуры требуют дополнительных мер защиты. Необходима специальная солярка для морозов, а также исправные свечи накаливания, которые готовят камеры сгорания к холодному запуску. Кроме того, при температурах ниже −25 градусов дизельные автомобили испытывают заметные сложности с запуском. Поэтому автомобилисты перед покупкой тщательно взвешивают все плюсы и минусы машин с дизельными моторами. Между тем есть на рынке внедорожники и кроссоверы, которые завоевали признание своей надежностью и неплохо продаются. Что это за машины?

Kia Sorento

Корейская компания Kia возобновила в России продажи модели Sorento с дизельным мотором. Этот 2,2-литровый силовой агрегат CRDi мощностью 199 л. с., который развивает 440 Нм крутящего момента. Вместе с ним идет необычная трансмиссия, которую редко встретишь на дизельных машинах, а именно преселективный 8-ступенчатый «робот». Этот тандем наделяет машину неплохими характеристиками. Кстати, недавно с ним были проблемы: ошибка в программном обеспечении блока управления роботизированной коробки приводила к неправильной работе трансмиссии. Сейчас она исправлена.

Стоимость Kia Sorento с дизельным мотором начинается от 2,8 млн рублей.

Renault Duster

Это один из самых практичных и доступных дизельных внедорожников на российском рынке. Дорожный просвет составляет 210 мм, а хорошая геометрическая проходимость и надежная подвеска наделяют Duster выдающимися характеристиками. Дизельный мотор здесь выглядит гораздо предпочтительнее бензинового, потому как за счет высокого крутящего момента позволяет ползти на холостых оборотах по камням и грязи без добавления газа, что очень удобно.

Дизельная модификация вооружена шестиступенчатой коробкой передач с приводом 4×4. Мотор объемом 1,5 л развивает мощность в 109 л. с. и крутящий момент 240 Нм. Цена на дизельный внедорожник начинается от 1,036 млн рублей.

Hyundai Tucson

Автомобиль построен на той же корейской платформе, что и Kia Sorento, и отличается смелым ярким дизайном и современной начинкой.

Под капотом Tucson трудится 185-сильный дизель объемом 2,0 литра. Заявленный производителем крутящий момент в 400 Нм кажется невероятным для 2,0-литрвого агрегата, однако современные технологии позволяют снимать даже большую тягу.

Помогает силовому агрегату 8-ступенчатая автоматическая коробка передач, у которой первая ступень заменяет пониженную передачу. Дизель поставляется только с полноприводной трансмиссией. При этом следит за распределением тяги система управления HTRAC, которая подстраивается под тип дороги и сохраняет устойчивость на скользком покрытии.

Цена на машину стартует от 2,099 млн руб.

Skoda Kodiaq

Кроссовер Kodiaq не предназначен для бездорожья. Слишком низкий клиренс в 187 мм и большие свесы не идут на пользу геометрической проходимости. Поэтому его дизельный мотор имеет в основном асфальтовые настройки. Машина заточена на дальние пробеги и минимальное потребление топлива.

2,0-литровый дизельный агрегат развивает мощность в 150 л. с. и 340 Нм крутящего момента. Вместе с ним устанавливается 7-ступенчатая роботизированная коробка. Такая комбинация позволяет снизить потребление топлива на трассе до 5,7 л солярки на 100 км пробега, что является выдающимся результатом для кроссоверов. При этом динамика тоже неплохая. Разгон до 100 км/час занимает 10,1 секунды.

Цена начинается от 2,027 млн рублей.

Volkswagen Tiguan

Этот культовый кроссовер бьет рекорды продаж по всему миру и в России тоже расходится неплохим тиражом. В этом году автомобиль обновился и получил новые комплектации. Первые машины приедут в январе, а сейчас все еще продается дорестайлинговый вариант, у которого есть версия с дизельным 2,0-литровым 150-сильным дизелем. Мотор идентичен тому, что продается на Kodiaq. Он развивает 340 Нм крутящего момента и позволяет машине разгоняться до «сотни» за 9,3 сек. У Tiguan неплохая геометрическая проходимость и хорошая управляемость на асфальтовых дорогах, благодаря чему он пользуется популярностью во всем мире. Дизельный кроссовер продается в России от 2,4 млн руб.

Обновленный автомобиль с дизельным мотором будет доступен только в 2021 году.

Mitsubishi Pajero Sport

Автомобиль остается самым доступным рамным внедорожником среди иномарок. Он хорошо знаком почитателям марки и пользуется стабильным спросом из-за высокой проходимости. Его стихия — это бездорожье. Дорожный просвет составляет 220 мм.

Машина вооружена 2,4-литровым дизельным мотором мощностью 181 л. с. Крутящий момент гораздо больше и составляет 430 Нм. Автоматическая 8-ступенчатая коробка передач позволяет чувствовать себя комфортно за рулем.

Японский внедорожник пользуется уважением за свою надежность и неприхотливость.

Цена на дизельный Mitsubishi Pajero Sport с «автоматом» начинается от 2,8 млн руб.

http://autohis.ru/dizel.php
Источник http://autostuk.ru/dizelnyj-dvigatel-ustrojstvo-princip-raboty.html
Источник http://aif.ru/auto/about/silnyy_harakter_samye_populyarnye_dizelnye_vnedorozhniki_v_rossii