Дизельные двигатели авто — устройство и как работают, из чего состоят, типы дизелей

Всё про устройство и принцип работы современного дизельного двигателя автомобиля — какая конструкция и строение, из чего состоит. Что такое дизель. Подходит для начинающих автолюбителей и чайников.

• Дизель — это…
• Типы дизельных двигателей
• Устройство топливной системы
• Как происходит запуск
• Турбонаддув и Common-Rail

Конструкция и строение

По конструкции дизельный двигатель авто не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали усилены, чтобы воспринимать высокие нагрузки — ведь степень сжатия дизеля намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Этим объясняется большой вес и габариты дизельного мотора в сравнении с бензиновым.

Дизель — это…

Принципиально отличие в способах формирования смеси топлива и воздуха, её воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает воздух. В конце такта сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800°С, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается солярка и почти мгновенно самовоспламеняется.

Смесеобразование в дизелях протекает за очень короткий промежуток времени. Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, необходимо, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы, и каждая частица имела достаточное для полного сгорания количество воздуха. С этой целью топливо в цилиндр впрыскивается форсункой под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха при такте сжатия в камере сгорания.

В дизелях применяют неразделенные камеры сгорания. Они представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня 3 и поверхностями головки и стенок цилиндров. Для лучшего перемешивания топлива с воздухом форму неразделенной камеры сгорания приспосабливают к форме топливных факелов. Углубление 1, выполненное в днище поршня, способствует созданию вихревого движения воздуха.

Мелко распыленное топливо впрыскивается из форсунки 2 через несколько отверстий, направленных в определенные места углубления. Чтобы топливо полностью сгорало и дизель обладал наилучшими мощностями и экономическими показателями, топливо нужно впрыскивать в цилиндр до прихода поршня в ВМТ.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления — отсюда повышенная шумность и жесткость работы. Такая организация рабочего процесса позволяет работать на очень бедных смесях, что определяет высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность, трудности холодного пуска, проблемы с зимней соляркой. У современных дизелей эти проблемы не столь очевидны.

Дизельное топливо должно отвечать определенным требованиям. Главные показатели качества топлива — чистота, малая вязкость, низкая температура самовоспламенения, высокое цетановое число (не ниже 40). Чем больше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения после момента впрыска его в цилиндр и двигатель работает мягче (без стуков).

Типы дизельных двигателей

С неразделенной камерой сгорания

Их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применяется на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить экономичность, снизить шум и вибрацию.

С раздельной камерой сгорания

Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Такие двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на современные автомобили.

Устройство топливной системы

Важнейшей системой является система топливоподачи авто. Ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.

Главными элементами являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.

ТНВД

Предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и действий водителя. По своей сути современный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.

Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п.

На современных авто применяются ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время они предъявляют высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах малы.

Форсунки

Они вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе. Тип распылителя определяет форму факела топлива, которая важна для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.

Топливный фильтр

Является важнейшим элементом дизельного мотора авто. Его параметры, такие как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.

Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.

Как происходит запуск

Холодный пуск дизеля автомобиля обеспечивает система предпускового подогрева. В камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900°С, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа.

Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30°С, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

Турбонаддув и Common-Rail

Эффективным средством повышения мощности является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и в результате увеличивается мощность. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».

Турбодизель имеет некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, его ресурс существенно меньше ресурса самого двигателя и не превышает 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.

Система Common-Rail. Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля авто — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.

В результате в дизелях автомобиля с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи, и снижается шумность работы мотора.

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Содержание

1. Принцип работы двигателя Дизеля
2. Как устроен дизельный двигатель
3. Плюсы и минусы дизельного мотора
4. Дизельный двигатель с турбонаддувом
5. Турбояма
6. Интеркуллер

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Интеркуллер

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор. Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Семь типов дизельного оборудования для экономики

Если вы подумываете о карьере дизельного механика, убедитесь, 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.

Крупногабаритные грузовики

Дизель перевозит около 90% 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 судовые 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. Дизельная технология также используется в качестве школьного транспорта примерно для 55 процентов учащихся начальной и средней школы Америки.

Горнодобывающее оборудование и генераторы

Дизель является основой горнодобывающей промышленности, в которой используется дизельное оборудование стоимостью около 7 миллиардов долларов. Генераторы всех размеров служат в качестве резервных источников энергии для всех типов организаций и обычно используют дизельные двигатели.

Хотите узнать больше о возможной карьере в области дизельных технологий? Свяжитесь с Lincoln Tech и узнайте о программах обучения работе с дизельными двигателями, которые она предлагает в шести кампусах по всей стране.

Технология дизельного оборудования – Центральный колледж штата Иллинойс

Качественное образование

Уровень выпускников 80-90% и уровень занятости 100%. Заработайте от 50 000 до 70 000 долларов в первый год после окончания школы.

Втягиваться

Создайте свою сеть с помощью студенческого клуба DPET, Skills USA, выставок машин и экскурсий по фабрикам.

Карьерные возможности

Техник по обслуживанию дизельных двигателей, менеджер по обслуживанию, мастер цеха, территориальный торговый представитель, специалист по запасным частям, специалист по обслуживанию

24 месяца

если полный рабочий день

5 семестров
70 Всего кредитных часов

Сколько студентов принимается каждый год?

Ежегодно в программу принимают 20 студентов, и она требует полной занятости и приверженности делу.

10 850 долларов США

+ расходные материалы и сборы

На основе 2022-23

Какую финансовую помощь я могу получить?

Найдите подходящий план, связавшись с нашим офисом финансовой помощи.

20 учеников

в среднем на класс

Небольшие классы означают больше индивидуального внимания и более высокий уровень успеха.

Просмотрите каталог колледжей, чтобы увидеть полный список классов для этой программы.

Познакомьтесь с нашими студентами и выпускниками

Бен Рикстайн

Чейз переходит с фермы в класс в ICC

Практическая стажировка в сельском хозяйстве становится началом карьеры Мэдди

Как бывший студент этой программы, я ценю стремление программы DPET к совершенству. Внимание наших студентов к деталям и профессионализм делают эту программу одной из лучших доступных программ по дизельным технологиям.

Колин Кэмпбелл, координатор программы

Приступим ▸

Как принять участие в программе технологии дизельного оборудования?

Заберитесь под капот и в магазин с дизельным оборудованием. Выпускники пользуются большим спросом у работодателей и могут заработать более 50 000 долларов в первый год. Поговорите с представителем приемной комиссии, чтобы узнать, как начать.

1. Заполните нашу заявку на ускоренное зачисление. Это бесплатно и просто!
2. Заполните дополнительное заявление DPET.
3. Обеспечьте две рекомендации от инструктора(ов) средней школы и/или работодателя(ов), попросив их заполнить предоставленную форму рекомендации и отправить по почте в ICC.
4. Подать заявку на финансовую помощь (FAFSA).
5. Подайте заявку на получение стипендии ICC. Всего 1 заявка на более чем 600 стипендий.
6. Нужна помощь? Наша приемная команда будет рада помочь.

Чего мне ожидать в качестве студента DPET?

• Возможность получить ценные сертификаты.
• Программа включает практический опыт работы с современным оборудованием и две оплачиваемые стажировки.
• Обучение новейшему программному обеспечению производителя и компьютерным программам.
• Возможности перевода в такие учебные заведения, как Университет Южного Иллинойса в Карбондейле и Государственный университет Питтсбурга в Канзасе.

Как мне с этим справиться?

• Что делать, если я работаю во время учебы?

  Мы вас прикроем. Многие из наших студентов — работающие взрослые, которые совмещают жизнь и школу. У нас есть отличные ресурсы в кампусе, чтобы помочь вам продолжать!

  Узнайте больше об академической поддержке 

• Каковы мои варианты финансирования моего образования?

  Сначала сделайте это: заполните и подайте FAFSA (бесплатное заявление на получение федеральной помощи студентам). Даже если вам не нужна федеральная помощь, этот документ используется многими программами стипендий и грантов для оценки пакетов помощи.

  Сначала ищите стипендии и гранты, потому что обычно их не нужно возвращать. Фонд ICC спонсирует некоторые стипендии, а гранты могут быть получены от Иллинойса или федеральных программ. Другие организации также предлагают стипендии, и мы можем помочь вам изучить эти возможности.