Дизельный двигатель. История В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах. — презентация

Согласно оценке аналитического агентства «Автостат», в России доля автомобилей с дизельными двигателями составляет примерно 5%. В Европе дизелизация шла стремительными темпами, начиная со Второй мировой войны и до дизельгейта в 2020 году. В США, которые и начали этот процесс, всегда не очень хорошо брали дизельные автомобили, а уж после скандала продажи пошли вниз. У нашего автолюбителя интерес к экологии, мягко говоря, невелик, но росту доли дизелей на рынке препятствует несколько предрассудков. Рассмотрим, что из них правда, а что нет.

Плохой пуск и плохая работа при низких температурах. Правда на 20%

«За рулем» проводил сравнительный тест холодного пуска дизельного и бензинового двигателей. Это были бензиновый Kia Rio 1.6 и Kia Sorento Prime с 2,2-литровым турбодизелем (обе машины свежие, с минимальным пробегом). Выяснилось, что оба мотора пускаются при —33°С и не оживают при —36°С.

Корейский кроссовер в морозильной камере подтвердил высокие пусковые качества при низких температурах.

У дизельных двигателей большой крутящий момент. Справедливо

Дизельный двигатель по своей природе действительно обладает большим, чем у бензинового двигателя, крутящим моментом вследствие большего эффективного давления в цилиндре. Связано это с более долгим сгоранием при постоянном давлении в цилиндре. Так было на безнаддувных дизельных и бензиновых двигателях. Ныне турбонаддувные дизельные моторы (а других и не выпускают) значительно превосходят по крутящему моменту только атмосферные бензиновые двигатели.

Внешние скоростные характеристики двух моторов близкой мощности, устанавливаемых на Renault Duster: А — дизельный двигатель К9К; Б — бензиновый двигатель К4М.

А вот бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбокомпрессорами буквально наступают на пятки дизелям. У них система регулировки наддува позволяет обеспечить широкую полку крутящего момента, которая так нравится водителям. Ну а полка эта немного ниже, чем у дизелей.

Инжектор и его устройство

Работа силовой установки внутреннего сгорания основана на процессе преобразования энергии, выделяемой при горении специальной смеси, в механическое действие. Но чтоб этот процесс происходил правильно, требуется тщательная ее подготовка и подача ее в цилиндры. И это в силовом агрегате выполняет топливная система.

В задачу этой системы входит подача топлива (одного из компонентов смеси) и смешивание его с воздухом, в результате чего и образуется горючая смесь, перед тем, как все это попадет в цилиндр.

Двигатель внутреннего сгорания (далее – ДВС) не зря считается сердцем автомобиля. Именно производимый им крутящий момент является первоисточником всех механических и электрических процессов, происходящих в транспортном средстве.

Однако мотор не может существовать обособленно от обслуживающих его систем – смазки, питания, охлаждения и выпуска газов. Наиболее значимую роль при функционировании ДВС играет система питания двигателя (или топливная система).

Каждый автомобиль характеризуется таким понятием, как «запас хода». Он определяется расстоянием, которое автомобиль способен преодолеть на полном топливном баке без дополнительных заправок.

На данный показатель оказывают влияние самые различные факторы: сезонные, погодные и природные условия движения, характер дорожного покрытия, степень загруженности автомобиля, индивидуальные особенности водителя при управлении транспортным средством и т.д.).

Однако главенствующую роль в определении «аппетита» автомобиля играет система питания и ее правильная работа.

Система питания выполняет функции:

1. подачи топлива, его очистки и хранения;
2. очистки воздуха;
3. приготовления специальной горючей смеси;
4. подачи смеси в цилиндры ДВС.

Классическая система питания автомобиля состоит из следующих структурных элементов:

• топливного бака, предназначенного для хранения горючего;
• топливного насоса, выполняющего функции создания давления в системе и принудительной подачи топлива;
• топливопроводов – специальных металлических трубок и резиновых шлангов для транспортировки горючего из топливного бака к ДВС (а излишков топлива – в обратном направлении);
• фильтра (или фильтров) очистки топлива;
• воздушного фильтра (для очистки воздуха от примесей);
• устройства приготовления топливно-воздушной смеси.

Система питания имеет достаточно простой принцип работы: под воздействием специального топливного насоса горючее из бака, предварительно пройдя процедуру очистки топливным фильтром, по топливопроводам подается к устройству, предназначенному для приготовления топливно-воздушной смеси. И уже затем смесь подается в цилиндры двигателя.

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности.Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

1. бензиновые;
2. дизельные;
3. основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).

Карбюратор

Карбюраторная система основана на действии технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это прибор, осуществляющий приготовление смеси топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие видов, в автомобильной практике наибольшее применение получил поплавковый всасывающий карбюратор, принципиальная схема которого включает:

• поплавковую камеру и поплавок;
• распылитель, диффузор и смесительную камеру;
• воздушную и дроссельную заслонки;
• топливные и воздушные каналы с соответствующими жиклерами.

Подготовка топливно-воздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня в такте впуска (первом такте) создает в цилиндре разряженное пространство, в которое и устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и сквозь карбюратор.

Именно здесь и происходит формирование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, вырывающееся из распылителя, дробится воздушным потоком и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь подается в конкретный цилиндр двигателя, где в необходимый момент и воспламеняется искрой от свечи зажигания.

Таким образом, система питания карбюраторного двигателя представляет собой преимущественно механический способ приготовления топливно-воздушной смеси.

Читать далее: Виды АКПП какие бывают типы автоматических коробок передач автомобилей

Впрыск топлива

Эпоха карбюратора сменяется эпохой инжекторного двигателя, система питания которого основана на впрыске топлива. Ее основными элементами являются: электрический топливный насос (расположенный, как правило, в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления ДВС (так называемые «мозги»).

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом.

Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.Важным компонентом такой системы является форсунка.

1. с распределенным впрыском;
2. с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок по количеству цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживает собственная форсунка, участвующая в подготовке горючей смеси. Система центрального впрыска располагает только одной форсункой на все цилиндры, расположенной в коллекторе.

Как бы особняком стоит принцип действия, на котором основывается система питания дизельного двигателя.

Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленном виде, где и происходит процесс смесеобразования (смешивания с воздухом) с последующим воспламенением от сжатия горючей смеси поршнем.

В зависимости от способа впрыска топлива, дизельный силовой агрегат представлен тремя основными вариантами:

• с непосредственным впрыском;
• с вихрекамерным впрыском;
• с предкамерным впрыском.

Вихрекамерный и предкамерный варианты предполагают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем перемещается в основную камеру или собственно цилиндр. Здесь горючее, смешиваясь с воздухом, окончательно сгорает.

Непосредственный же впрыск предполагает доставку топлива сразу же в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Еще одна особенность, которой отличается система питания дизельного двигателя, заключается в принципе возгорания горючей смеси.

Это происходит не от свечи зажигания (как у бензинового двигателя), а от давления, создаваемого поршнем цилиндра, то есть путем самовоспламенения. Иными словами, в этом случае нет необходимости применять свечи зажигания.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, требуемый для воспламенения смеси. И использованием свечей накаливания позволит осуществить необходимый подогрев камер сгорания.

В зависимости от целей и дорожных условий водитель может применять различные режимы движения. Им соответствуют и определенные режимы работы системы питания, каждому из которых присуща топливно-воздушная смесь особого качества.

1. Состав смеси будет богатым при запуске холодного двигателя. При этом потребление воздуха минимально. В таком режиме категорически исключается возможность движения. В противном случае это приведет к повышенному потреблению горючего и износу деталей силового агрегата.
2. Состав смеси будет обогащенным при использовании режима «холостого хода», который применяется при движении «накатом» или работе заведенного двигателя в прогретом состоянии.
3. Состав смеси будет обедненным при движении с частичными нагрузками (например, по равнинной дороге со средней скоростью на повышенной передаче).
4. Состав смеси будет обогащенным в режиме полных нагрузок при движении автомобиля на высокой скорости.
5. Состав смеси будет обогащенным, приближенным к богатому, при движении в условиях резкого ускорения (например, при обгоне).

Выбор условий работы системы питания, таким образом, должен быть оправдан необходимостью движения в определенном режиме.

В процессе эксплуатации транспортного средства топливная система автомобиля испытывает нагрузки, приводящие к ее нестабильному функционированию или выходу из строя. Наиболее распространенными считаются следующие неисправности.

Некачественное топливо, длительный срок службы, воздействие окружающей среды приводят к загрязнению и засорению топливопроводов, бака, фильтров (воздушного и топливного) и технологических отверстий устройства приготовления горючей смеси, а также поломке топливного насоса. Система потребует ремонта, который будет заключаться в своевременной замене фильтрующих элементов, периодической (раз в два-три года) прочистке топливного бака, карбюратора или форсунок инжектора и замене или ремонте насоса.

Потеря мощности ДВС

Неисправность топливной системы в данном случае определяется нарушением регулировки качества и количества горючей смеси, поступающей в цилиндры. Ликвидация неисправности связана с необходимостью проведения диагностики устройства приготовления горючей смеси.

Утечка горючего

Утечка горючего – явление весьма опасное и категорически не допустимое. Данная неисправность включена в «Перечень неисправностей…», с которыми запрещается движение автомобиля.

Причины проблем кроются в потере герметичности узлами и агрегатами топливной системы.

Ликвидация неисправности заключается либо в замене поврежденных элементов системы, либо в подтягивании креплений топливопроводов.

Суть функционирования инжектора лежит в том, что топливо принудительно впрыскивается в проходящий поток воздуха. При этом подача бензина осуществляется под давлением, что обеспечивает его распыление, тем самым улучшается его смешивание с воздухом.

Дизельные двигатели больше вредят окружающей среде. Правда на 30%

Несмотря на дизельгейты, современный дизель очень хорош с точки зрения экологии. Взгляните на эту таблицу.

Состав отработавших газов бензинового двигателя и дизеля:

«Фильтры задерживают до 99% мельчайших частиц, так что для современных дизелей этой проблемы больше не существует», — утверждает глава независимого исследовательского центра Emissions Analytics Ник Молден.

Но даже у нового дизеля есть функция очистки сажевого фильтра, которая включается на трассовых режимах. При достаточно высокой температуре отработавших газов происходит прожиг отложений на поверхности сот сажевого фильтра. Количество выбросов можно оценить по величинам теоретической массы твердых частиц,которые принимает в расчет ЭБУ двигателем Audi Q7. При 40 г необходима активная регенерация, а при 68 г режим близок к аварийному — не запустится даже принудительный прожиг. Как вы думаете, куда эти вещества полетят? Правильно — в трубу. Поэтому, если впереди вас на трассе автомобиль начал интенсивно коптить белым дымом, то знайте — включился режим прожига. Либо пропустите вперед, либо обгоните машину, которая на ходу сама себе делает ТО.

Варианты системы питания

Карбюратор

Таким образом, система питания карбюраторного двигателя представляет собой преимущественно механический способ приготовления

Читать далее: Шумоизоляция крыши автомобиля делаем своими руками

Впрыск топлива

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом. Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.Важным компонентом такой системы является форсунка. Типология инжекторных двигателей основывается именно на количестве используемых форсунок и места их расположения.

Дизельные двигатели ставят только на большие машины. Неправда

У нас в стране, из-за своеобразного отношения к дизелям, самый малообъемный — полуторалитровый мотор К9К мощностью 109 л.с., устанавливаемый на Renault Duster. Все остальное — многолитровые дизели для тяжелых автомобилей.

Зато в Европе и даже у ближайших соседей можно купить автомобили с дизельными моторами рабочим объемом от 0,799 л. А почему бы и нет: особых проблем с эксплуатацией в условиях теплого климата не будет. Маленькие машины с дизелем в нашу страну не привозят потому, что они не найдут спроса. Небольшая машина любого топлива расходует сравнительно немного. Экономия не так велика, а трудностей зимней эксплуатации боятся все.

Двухместный дизельный автомобильчик Smart fortwo 0.8 CDi. Три цилиндра, но есть и прямой впрыск топлива Common-rail, и турбонаддув.

Лед и пламя: кто придумал дизельный двигатель

Мальчик, родившийся в 1858 году в Париже в семье эмигрантов из Баварии, уже в 14 лет твердо знал, что хочет стать инженером. Ему суждено было изобрести один из основных двигателей технического прогресса — в самом прямом смысле этого слова. Мальчика звали Рудольф Дизель.

В 1870 году началась Франко-Прусская война, и семья Дизель вынуждена была эмигрировать второй раз — в Лондон. 12-летнего Рудольфа отослали получать образование в реальное училище в Аугсбурге, где его дядя преподавал математику.

В 15 лет он поступил в Промышленную школу Аугсбурга, после окончания которой получил стипендию на обучение в Высшей политехнической школе в Мюнхене. Одним из его преподавателей, читавшим курс термодинамики, стал Карл фон Линде, один из основоположников криогенной техники, разработчик метода охлаждения и разделения газов, фактически изобретатель холодильника. В 1880 году Дизель с отличием окончил Мюнхенскую высшую школу и отправился в Париж, где вскоре возглавил филиал компании по производству льда, которой владел фон Линде. А вскоре он получил первый патент на метод изготовления прозрачного льда.

Но настоящей мечтой Рудольфа Дизеля был вовсе не лед, а пламя — он хотел усовершенствовать изобретенный незадолго до этого двигатель внутреннего сгорания конструкции Августа Отто. С точки зрения самого Дизеля двигатель Отто имел существенные недостатки — в частности, его КПД в то время составлял всего 15%, а система зажигания была сложной и ненадежной. Дизель попытался обойти эти ограничения, начав экспериментировать с термодинамическим циклом Карно, а затем разработав свой собственный цикл.

В 1892 году он подал первую патентную заявку на «принцип действия и конструкцию двигателя внутреннего сгорания», в 1893 году — вторую и одновременно опубликовал труд «Теория и конструирование рационального теплового двигателя для замены паровых машин и существующих ДВС». Основная идея Рудольфа Дизеля состояла в том, что он отказался от системы зажигания (топливо воспламенялось от воздуха, разогретого в процессе сжатия), а также карбюратора, заменив его насосом высокого давления.

В 1893 году Дизель начал подготовку к производству своих двигателей на заводе MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg), но отладка прототипов шла медленно и продлилась аж до 1897 года. Первые серийные модели использовались как стационарные и были далеки от совершенства — и в плане практического КПД, и по надежности, вызывая множество нареканий у покупателей. Мечта изобретателя о том, что его моторы появятся в средствах передвижения, стала осуществляться только в 1903 году, когда появился первый судовой дизель.

Первый грузовик MAN с дизелем был выпущен только в 1924 году, но до этого события изобретатель не дожил: 29 сентября 1913 года он сел в Антверпене на почтовый пароход «Дрезден», идущий в Лондон, а через неделю из Ла-Манша выловили его тело. Биографы придерживаются мнения, что это было самоубийство, вызванное финансовыми неурядицами и кризисом.
Статья «Лед и пламя» опубликована в журнале «Популярная механика» (№7, Июль 2013).

Некоторые машины можно купить только с дизелем. Правда

Отдельные модели можно приобрести у нас в стране только с дизельным двигателем. Часто так бывает потому, что налоговыгодную мощность до 250 л.с имеют только дизельные модификации. Например, Audi Q7. Хотя и шикарная SQ8 также комплектуется дизелем 422 л.с.

Премиум-кросскупе SQ8 от Audi комплектуется лишь дизельными моторами.

Управление скоростью

В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.

Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.

Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном — отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос. После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.