Описание конструкции
Дизельный двигатель - это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней, имеющий такую же базовую конструкцию и рабочий цикл, что и бензиновый двигатель. Главное отличие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в используемом топливе и способе воспламенения топлива для обеспечения его сгорания.
Работа
В дизельных двигателях для зажигания воздушно-топливной смеси в камере сгорания используется теплота сжатия. Такое зажигание выполняется с использованием высокого давления сжатия и дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания под очень высоким давлением. Комбинация дизельного топлива и высокого давления сжатия обеспечивает самовоспламенение, позволяющее начать цикл сгорания.
Блок цилиндров
Блоки цилиндров дизельного и бензинового двигателя аналогичны друг другу, но в их конструкции имеются некоторые различия. В большинстве дизельных двигателей используются гильзы цилиндров, а не цилиндры, выполненные как часть блока. При использовании гильз цилиндров может быть выполнен ремонт, позволяющий эксплуатировать двигатель в течение длительного времени. На тех дизельных двигателях, в которых не используют гильзы цилиндров, стенки цилиндра толще, чем стенки на бензиновом двигателе с аналогичным рабочим объемом. Для увеличения опорной поверхности коленчатого вала дизельные двигатели имеют более тяжелые и более толстые коренные перемычки.
Мокрые гильзы цилиндров
Мокрые гильзы цилиндров, используемые в дизельных двигателях, аналогичны используемым в бензиновых двигателях. Физические размеры гильз могут отличаться, чтобы соответствовать рабочим условиям дизельного двигателя.
Коленчатый вал
Коленчатый вал, используемый в дизельных двигателях имеет конструкцию, аналогичную конструкции коленчатого вала на бензиновых двигателях, но с двумя отличиями:
Коленчатые валы дизельных двигателей обычно кованые, а не литые. Ковка делает коленчатый вал более прочным.
. Шейки коленчатого вала дизельного двигателя обычно больше по размеру, чем шейки коленчатого вала бензинового двигателя.
Увеличение шеек позволяют коленчатому валу выдерживать большие нагрузки.
Шатуны
Шатуны, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из кованной стали. Шатуны дизельных двигателей отличаются от шатунов бензиновых двигателей тем, что крышки смещены и имеют мелкие зубья на поверхности сопряжения с шатуном. Конструкция со смещением и мелкими зубьями помогает удерживать крышку на месте и уменьшает нагрузку на болты шатуна.
Поршни и поршневые кольца
Поршни, используемые в дизельных двигателях, предназначенных для работы в легких условиях, выглядят аналогично поршням, используемым в бензиновых двигателях. Дизельные поршни тяжелее чем поршни бензиновыхдвигателей, потому что дизельные поршни обычно изготавливаются из кованной стали, а не из алюминия, и больше внутренняя толщина материала.
Компрессионные кольца, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из чугуна и часто покрываются хромом и молибденом, что позволяет уменьшить трение.
Головка цилиндров
Внешне головка цилиндров дизельного двигателя во многом выглядит подобно головке цилиндров бензинового двигателя. Но имеется много внутренних конструктивных различий, которые делают дизельные двигатели иными, оригинальными.
На дизельном двигателе сама головка цилиндров должна быть намного более прочной и более тяжелой, чтобы выдержать большие тепловые нагрузки и воздействие давления. Конструкция камеры сгорания и воздушные каналы на дизельных двигателях могут быть более сложными, чем на бензиновом двигателе.
В дизельных двигателях используются несколько конструкций камер сгорания, но две конструкции наиболее распространены: неразделенная камера сгорания и вихревая камера.
Конструкция с неразделенной камерой сгорания
Наиболее распространенный тип камеры сгорания для дизельного двигателя - это неразделенная камера, также известная как камера сгорания с прямым впрыскиванием. В неразделенной конструкции обеспечение турбулентности (завихрения) впускаемого воздуха происходит за счет формы канала впуска воздуха. Топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания.
Конструкция с вихревой камерой
В конструкции с вихревой камерой используются по две камеры сгорания для каждого цилиндра. Главная камера соединяется узким каналом с меньшей по размеру вихревой камерой. В вихревой камере находится топливная форсунка. Вихревая камера предназначается для обеспечения начала процесса сгорания. Впускаемый воздух вводится в вихревую камеру через узкий канал. Затем в вихревую камеру впрыскивается топливо, и образуемая смесь загорается. После этого горящая смесь входит в главную камеру сгорания, где и заканчивает свое горение, заставляя поршень перемещаться вниз.
Клапаны и седла клапанов
Клапаны дизельного двигателя изготавливаются из специальных сплавов, которые способны хорошо работать при высоком теплообразовании и давлении, характерным для дизельного двигателя. Некоторые клапаны частично заполняются натрием, который помогает отводить тепло. Большой процент от тепла передается от головки клапана седлу клапана. Для обеспечения соответствующей теплопередачи особое внимание должно быть уделено ширине седла клапана.
Широкое седло клапана имеет преимущество, заключающееся в способности передавать большее количество тепла. Однако, широкое седло клапана имеет и большую возможность накопления отложений нагара, которые могут стать причиной протечек в клапане. Узкое седло клапана обеспечивает лучшее уплотнение, чем широкое седло клапана, но не передает такое же количество тепла. В дизельном двигателе необходим компромисс между широкими и узкими седлами клапанов.
В дизельных двигателях часто используются вставные седла клапанов. Вставки имеют преимущество, заключающееся в возможности их замены. Вставные седла клапанов изготавливаются из специальных металлических сплавов, которые выдерживают воздействие тепла и давления дизельного двигателя.
Система подачи топлива
Обычная конструкция
В обычной системе подачи дизельного топлива топливо вытягивается из топливного бака, отфильтровывается и подается к насосу высокого давления. Топливо под высоким давлением доводится до требуемого давления и подается к топливному коллектору, который питает топливные форсунки. Система управления впрыскиванием в соответствующие моменты времени активизирует форсунки, которые на ходе сжатия поршня впрыскивают топливо для его последующего сгорания.
Конструкция с общим топливным коллектором ("Common rail")
В дизельных двигателях с общим топливным коллектором используются независимые системы создания давления топлива и впрыскивания топлива. Топливный насос высокого давления вытягивает топливо от бака и подает его через регулятор давления к общему топливному коллектору. Насос высокого давления состоит из перекачивающего насоса низкого давления и камеры высокого давления. Впрыскивание топлива управляется модулем управления силовым агрегатом (РСМ) и модулем управления форсунками (IDM), который регулирует продолжительность открытого состояния форсунок в зависимости от рабочих условий двигателя.
В конструкции с общим топливным коллектором уровень токсичности отработавших газов значительно уменьшен и минимизирован шум при работе. Все это следствие большего управления процессом сгорания. Регулировка давления топлива и фазы работы форсунок управляются ЮМ и РСМ. Также изменена конструкция форсунки, которая теперь позволяет выполнять предварительное(пред-впрыскивание)и заключительное (пост-впрыскивание) впрыскивание топлива на различных стадиях хода сжатия и рабочего хода.
Улучшенное управление подачей топлива позволяет обеспечивать более чистое, более устойчивое сгорание и создавать требуемое давление в цилиндрах. Это оказывает влияние на уменьшение токсичности выхлопа и шума при работе.
Система смазки
Система смазки, используемая в дизельных двигателях, по принципу действия аналогична системам бензиновых двигателей. Большинство дизельных двигателей имеют маслоохладитель того или иного типа, помогающий отводить тепло от масла. Масло течет под давлением по каналам двигателя и возвращается к картеру двигателя.
Смазочное масло, используемое в дизельных двигателях, отличается от масла, используемого в бензиновых двигателях. Специальное масло необходимо по той причине, что при работе дизельного двигателя происходит большее загрязнение масла, чем в бензиновом двигателе. Высокое содержание углерода в дизельном топливе заставляет масло, используемое в дизельных двигателях, изменять свой цвет вскоре после начала его использования. Должно использоваться только такое моторное масло, которое предназначено специально для дизельных двигателей.
Система охлаждения
Система охлаждения дизельного двигателя обычно имеет больший заправочный объем, чем система охлаждения бензинового двигателя. Температура внутри дизельного двигателя должна тщательно контролироваться, потому что для самовоспламенения топлива используется тепло.
Если температура двигателя слишком низкая, возникают следующие проблемы:
Повышенный износ
. Плохая экономия топлива
. Скапливание воды и отстоя в картере двигателя
. Потеря мощности
Если температура двигателя слишком высокая, возникают следующие проблемы:
Повышенный износ
. Задиры
. Детонация
. Прогорание поршней и клапанов
. Проблемы со смазкой
. Заклинивание движущихся частей
. Потеря мощности
Система впрыскивания топлива
Дизельный двигатель работает по принципу самовоспламенения. Впускаемый воздух и топливо сжимаются в камере сгорания так сильно, что молекулы нагреваются и загораются без помощи внешней искры зажигания. Степень сжатия дизельного двигателя намного выше, чем степень сжатия бензинового двигателя. Значение степени сжатия в дизельных двигателях с прямым забором воздуха равняется приблизительно 22:1. Турбодизельные двигатели имеют степень сжатия в диапазоне 16.5-18.5:1. Создается давление сжатия, и температура воздуха возрастает приблизительно с 500 °С до 800 °С (от 932 °F до 1 472 °F).
Дизельные двигатели могут работать только с системой впрыскивания топлива. Смесеобразование происходит только в фазе впрыскивания и сгорания топлива.
В конце хода сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания, где оно смешивается с горячим воздухом и загорается. Качество этого процесса сгорания зависит от качества смесеобразования. Т.к. топливо впрыскивается столь поздно, оно не имеет много времени для смешивания с воздухом. В дизельном двигателе соотношение "воздух -топливо" постоянно поддерживается на уровне больше чем 17:1, таким образом обеспечивается сгорание всего топлива. За более подробной информацией обратитесь к публикации "Работа двигателя и его систем".
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.
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.
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.
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.
Есть у японских производителей надежные дизельные двигатели. И какой же самый надежный дизельный двигатель из всех надежных в Японии?
Давайте рассмотрим наиболее распространенные современные дизельные двигатели японского автопрома.
Что из себя представляют эти дизеля, какие слабые и сильные стороны японских дизелей. Они сейчас доминируют в основном в Европе, но довольно часто стали появляться и в России.
Но, к сожалению у них тоже есть проблемы, когда их пробеги переваливают за сто тысяч километров пробега, и даже у некоторых до ста тысяч.
Осторожность поставок дизельных моторов из Японии обусловлена их капризному отношению к топливу. Их топливная система довольно слабая к применению нашего дизельного топлива.
Еще одна проблема, это наличие запасных частей. Не оригинальных зап.частей от надежных производителей практически нет. Китайские появляются, но качество их оставляет желать лучшего и совсем не соответствует японскому качеству.
Отсюда и продиктована их очень высокая цена, много выше чем на немецкие зап.части. В Европе много заводов, выпускающих запасные части достойного качества и по ценам, значительно ниже, чем оригинальные.
Самый надежный дизельный двигатель из Японии
Так всё же какой самый надежный дизельный двигатель из Японии? Давайте выстроим по ранжиру ТОП-5 самых лучших дизельных двигателей.
5 место
На пятое место смело можно поставить двигатель объемом 2,0 литра Субару (Subaru). Четырехцилиндровый, турбированный, оппозитный, 16-ти клапанный. Система впуска Common Rail.
Нужно сказать, это единственный в мире оппозитный дизельный двигатель.
Оппозитный двигатель, это когда взаимные пары поршней работают в горизонтальной плоскости. В такой компоновке не требуется тщательная баласировка коленвалов.
Слабые стороны этого двигателя, это двухмассовый маховик, он выходил из строя даже до пяти тысяч километров пробега. Растрескивание коленчатого вала, до 2009 года разрушались коленчатые валы и опоры вала.
Этот двигатель очень интересен по своей конструкции, с хорошими характеристиками, но отсутствие на такие двигатели зап.частей сводит на нет его преимущества. Поэтому ему в японском ряде дизелей отводим пятое почетное место.
4 место
На четвертое место воодрузим двигатель Mazda 2,0 MZR-CD. Этот дизель стали выпускать с 2002 года, и устанавливать на автомобиль Mazda 6, Mazda 6, MPV. Это был первый мотор Мазды с системой Common Rail.
Четыре цилиндра, 16 клапанов. Две версии — 121 л.с. и 136 л.с., причем оба развивали момент силы 310 Нм при 2000 об/мин.
В 2005 году пережил модернизацию, с усовершенствованной системой впрыска и новым ТНВД. Снижена степень сжатия и адаптация мотора с катализатором выброса вредных газов. Мощность стала 143 л.с.
Через два года вышла версия с мотором в 140 л.с., в 2011 году этот двигатель исчез из линейки устанавливаемых двигателей по неизвестным причинам.
Этот двигатель спокойно выхаживал 200 000 километров, после чего надо было менять турбину и двухмассовый маховик.
При покупке следует внимательно изучать его историю, а лучше снять поддон и посмотреть маслосборник.
3 место
Тоже маздовский двигатель, Mazda 2,2 MZF-CD. Тот же двигатель увеличенного, но увеличенного объема. Инженеры постарались устранить все косяки старого двухлитрового двигателя.
Кроме увеличенного объема, модернизрована система впрыска , установлена другая турбина. На этом моторе они поставили пьезофорсунки, изменили степень сжатия и кардинально подвергли изменениям сажевый фильтр из-за которого были все проблемы предыдущей модели двухлитрового двигателя.
Но всемирная борьба за экологию, как в Европе так и в Японии, добавляет гимороя всем двигателям, так и на этом устанавливается система, с добавлением мочевина в дизельную топливную смесь.
Это все снижает выхлоп до Евро5, но как всегда, у нас в России это прибавляет проблем всем без исключения современным дизельным двигателям. Это просто решается у нас, выкидывается сажевый фильтр и глушится клапан дожигания несгоревшего выхлопа.
В остальном двигатель надежный и неприхотливый
2 место
Двигатель Toyota 2.0/2.2 D-4D.
Первый двухлитровый Toyota 2.0 D-4D CD появился в 2006 году. Четырехцилиндровый, восьми-клапанный, чугунный блок, ременный привод ГРМ, 116 л.с. Двигателя шли с индексом «CD».
Жалобы на этот двигатель были очень редки, все они сводились только к форсункам и к системе рециркуляции выхлопных газов. В 2008 году был снят с производства, а взамен был пущен новый, с объемом 2,2 литра.
Toyota 2.0/2.2 D-4D AD
Уже стали делать цепным, на четыре цилиндра уже 16 клапанов. Блок стали делать алюминиевый с чугунными гильзами. Индекс этого двигателя стал «AD».
Двигателя выпускаются как 2,0 литров, так и 2,2.
Самые хорошие отзывы о таком двигателе, и хорошая отдача, и малый расход топлива. Но были и жалобы, основная из них, это окисление алюминиевой головки в месте прикосновения с прокладкой ГБЦ, примерно в период 150-200 тыс.км. пробега.
Замена прокладки головки блока не помогает, только шлифовка ГБЦ и блока, а эта процедура возможна только со снятием двигателя. И такой ремонт возможен только один раз, второй шлифовки головки и блока мотор не выдержит, глубина будет критичной с возможностью встречи клапанов с головкой. Поэтому, если мотор проходил 300-400 тысяч километров, с одной шлифовкой, его только на замену. Хотя это очень приличный ресурс.
Toyota в 2009 году решила эту проблему, с такими неисправностями они даже меня ли по гарантии моторы на новые за свой счет. Но проблема, очень редко, но встречается. В основном у тех, кто не слабо зажигает на самой сильной версии этой модели двигателя 2,2 литра.
Такие двигатели до сих пор выпускаются и устанавливаются на различные модели автомобилей: Raf4, Avensis, Corolla, Lexus IS и другие.
1 место
Дизельный мотор Honda 2.2 CDTi. Самый надежный малолитражный дизельный двигатель. Очень производительный и очень экономичный дизельный двигатель.
Четырехцилиндровый, 16-ти клапанный, с турбонаддувом переменной производительности, с системой впрыска Common Rail, гильзованный алюминиевый блок.
Форсунки применяются Bosch, а не капризные и дорогие японские Denso.
Предшественник этого двигателя был построен еще в 2003 году с маркировкой 2.2 i-CTDi. Он оказался очень удачным. Беспроблемный, динамичный и экономичный в потреблении топлива.
Современный рассматриваемый двигатель Honda 2.2 CDTi появился в 2008 году.
Типичных неисправностей конечно не миновал, но все они встречались крайне редко. Трещины выпускного коллектора, но они возникали в первых выпусках, японцы отреагировали и в последующих выпусках такого не наблюдалось.
Иногда встречались неисправности натяжителя цепи газораспределительного механизма. Так же иногда преждевременно появлялся люфт вала турбины.
Все эти неисправности возникали от чрезмерных постоянных нагрузок и плохого обслуживания.
Этот двигатель хондовцы устанавливали на моделях Honda Civic, Accord, CR-V и других.
Безусловно, этот двигатель обладает самым меньшим числом отказов и поломок по отношению ко всем остальным моторам японских автопроизводителей.
Ставим ему пять баллов из пяти, присваиваем ему Первое почетное место и желаем вам иметь на своем автомобиле подобный.
Статья о главных плюсах и минусах дизельного двигателя. Важные особенности эксплуатации. В конце статьи - видео о том, какой мотор круче, бензиновый или дизель!
Содержание статьи:
При покупке автомобиля с широкой гаммой предлагаемых двигателей перед автомобилистом всегда стоит непростой вопрос, заключающийся не только в выборе оптимального сочетания мощности и рабочего объёма, но и типа мотора в целом. Противостояние дизелей и традиционных бензиновых агрегатов продолжается уде достаточно долго. Поскольку и те, и другие имеют ряд преимуществ и недостатков, рассмотрим их подробнее.
Какие бывают нюансы дизельного двигателя
Ещё совсем недавно благодаря тому, что дизельное топливо стоило почти вдвое дешевле бензина, на недостатки такого мотора смотрели сквозь пальцы, ведь дешевое топливо сочеталось с его малым расходом и великолепными тяговыми способностями автомобиля.
Главными же недостатками были повышенная шумность, сильная вибронагруженность и невысокая разгонная динамика.
Сейчас ситуация изменилась в корне, и хорошее дизельное топливо, несмотря на то, что это фактически попутный продукт нефтепереработки, стоит дороже бензина. Помимо этого сам дизельный мотор ощутимо дороже и сложнее в эксплуатации и обслуживании, чем бензиновый.
При таком соотношении факторов выбор уже не ограничивается размеренной экономичной ездой или динамичной, но чуть более расходной. Под вопросом стоит сам факт целесообразности приобретения автомобиля на дизельном топливе, ведь несмотря на огромную работу, направленную на устранение его слабых мест, часть недостатков по-прежнему устранить не получилось.
Мы не будем рассматривать в данной статье грузовой автотранспорт, для которого важнейшим показателем является тяга при высокой нагрузке, а также экономичность, поскольку большинство коммерческого автопарка вообще не предлагает бензиновых версий. Это обусловлено тем, что дизельный двигатель большого объёма при высоких нагрузках гораздо предпочтительнее своего бензинового собрата в плане экономичности. Ведь когда речь идёт о расходе топлива в десятки литров на сто километров, даже незначительная экономия выглядит внушительно в денежном выражении.
Кроме того, для подобных машин езда на высоких оборотах вообще не нужна. Бензиновый двигатель при максимальной нагрузке склонен к существенному увеличению расхода топлива, дизель в этой ситуации отличается большей стабильностью.
Особенности конструкции дизельного двигателя
Использование тяжёлого топлива предполагает совершенно иные принципы работы дизельного двигателя, что находит своё отражение в его конструкции. Периодически появляются новости о том, что тот или иной завод освоил производство дизельных моторов на основе бензиновой версии, это в основном относится к устаревшему производству маломощных моторов, которые не славятся своей надёжностью. Как признают специалисты, желательно, чтобы дизельный и бензиновый моторы не имели общих деталей и создавались независимо друг от друга.
Прежде всего, дизельный двигатель производят из гораздо белее прочных сплавов, а его детали, такие как блок цилиндров, поршни, шатуны, коленвал рассчитаны на гораздо большие нагрузки. Это связано с тем, что степень сжатия дизельного мотора составляет 19-24 единицы, а у бензинового всего 9-12. Это приводит к увеличению массы и габаритов агрегата.
Ключевое же отличие кроется в системах питания и зажигания. В бензиновом моторе смесеобразование происходит во впускной системе, то есть в цилиндр поступает готовая смесь топлива и воздуха, которая воспламеняется свечой зажигания. В дизельном всё несколько сложнее - сначала в камеру сгорания поступает воздух, который нагревается до 800 градусов Цельсия, после чего под огромным давлением туда впрыскивается топливо, и полученная смесь воспламеняется свечой накаливания.
В процессе горения создаётся огромное давление, которое и обеспечивает огромный крутящий момент, но в то же время приводит к повышенной шумности. Такой принцип действия обеспечивает стабильную работу мотора на обеднённых смесях, что и даёт хорошие показатели экономичности.
Огромное внимание при эксплуатации дизельного мотора следует уделять качеству топлива, поскольку применяемые топливные насосы высокого давления стоят гораздо дороже простого бензонасоса.
Данная система питания мотора сейчас получила наибольшее распространение, но существуют и более экзотичные варианты с насос-форсунками, в которых совмещены функции подачи и распыления топлива, что позволяет осуществлять замену только одного элемента при его выходе из строя, но делает дизельный двигатель ещё более требовательным. К тому же подобные узлы неремонтопригодны.
Высокая стоимость такого мотора обусловлена ещё и тем, что зачастую он оснащается рядом важных вспомогательных систем, таких как подогрев топливного бака и обратки, противосажевые фильтры и усиленные демпфирующие подушки.
Помимо этого, большинство современных дизелей оснащены турбонаддувом, что позволяет существенно улучшить динамические показатели и ускорить выход на максимальные обороты, экономичность при этом также немного улучшается. Основным негативным фактором при этом является цена как самого турбокомпрессора, так и его замены. Этот узел рассчитан на меньший срок эксплуатации, чем мотор, кроме того он очень чувствителен к качеству рабочих жидкостей и расходных материалов. В ряде случаев его ремонт не предусмотрен, компрессор меняется целиком.
Вопреки расхожему мнению, дизельные двигатели, так же как и бензиновые, могут подвергаться капитальному ремонту, технологии которого весьма сходны. Единственным моментом, который следует учитывать если вы приобретаете подержанный автомобиль или собираетесь его эксплуатировать долгие годы, является конструкция блока цилиндров.
Существуют дизельные моторы, в которых блок цилиндров и его головка объединены в единый неразборный элемент, что приводит к необходимости поиска специализированных мастерских, которые могли бы осуществить проточку подобной конструкции. Большинство сервисов попросту не имеют подобного оборудования.
Как правильно эксплуатировать дизельные двигателя
Что касается конечного потребителя, то ему важно помнить об основных нюансах дизеля, таких как использование разных его сортов в зимнее и летнее время. Дело в том, что соляр при отрицательных температурах густеет и полученная гелеобразная масса может попросту забить топливную систему и даже повредить её, поэтому до наступления холодов на АЗС завозят дизельное топливо со специальными присадками.
Это важно помнить тем, кто редко пользуется автомобилем, ведь заправившись в теплое время года, выехать зимой уже не получится. Для этого придётся приобретать присадки и доливать их в бак самостоятельно. Старая технология добавления в летний сорт соляра небольшого количества керосина может оказаться губительной для современного мотора.
Зимняя эксплуатация дизеля сопряжена ещё и с тем, что его крайне медленный прогрев не позволяет быстро добиться от штатной системы отопления нагрева салона. Для автомобилей с большим салоном, а также для внедорожников и универсалов это приводит к необходимости устанавливать автономный отопитель.
Не стоит забывать и про то, что необходимо пристальнее следить за уровнем топлива, ведь если закончится бензин, его достаточно просто долить в бак, в случае же с дизелем в систему попадает воздух, который без специальной прокачки запустить мотор уже не позволит.
В отличие от старых моделей, современные дизельные двигатели крайне чувствительны к качеству топлива, а невнимательность к этому факту может привести к гораздо более дорогостоящему ремонту, нежели в случае с бензиновым.
На этом фоне самым малозначимым недостатком дизельного мотора является достаточно узкий рабочий диапазон, что фактически выливается в необходимость чаще переключать передачи. Конечно, в случае с «автоматом» этот факт становится незаметным, но потребность в большем количестве передач очевидна.
Современный дизельный двигатель буквально нашпигован различными электронными системами, поэтому обслуживание должно осуществляться только в авторизованном центре. Кроме того, для этих моторов замена рабочих жидкостей должна производиться почти вдвое чаще.
Для многих автовладельцев важным фактором является безопасность. Дизельное топливо крайне сложно воспламеняется и не склонно к самовозгоранию или взрыву, поэтому в случае протечки топливного бака в результате серьёзного ДТП риск возникновения пожара крайне мал.
Борьба с недостатками дизельного двигателя
Все вышеперечисленные недостатки дизельных моторов обусловлены объективными причинами и их конструктивными особенностями, поэтому в ряде случаев избавиться от них практически невозможно.
Например, повышенная вибрация связана с резким нарастанием давления в камере сгорания в середине рабочего цикла, поэтому борьба с этим явлением ведётся в двух направлениях – уменьшение последствий, то есть применение подушек двигателя, эффективно гасящих вибрации и корректировка режима работы. Что касается последнего, то современные дизельные моторы отличаются пониженной степенью сжатия, это несколько стабилизирует процесс, но постепенно лишает дизель его преимуществ – крутящего момента и экономичности.
Снижение степени сжатия положительно влияет и на уменьшение шумности, но, как уже было сказано, отрицательных факторов у такого решения предостаточно. Единственным рациональным выходом пока является применение эффективной шумоизоляции.
Более дорогостоящие решения в виде демпферов крутильных колебаний также позволяют уменьшить недостатки данного типа двигателей, но, помимо роста стоимости, приводят к ещё большему усложнению процесса обслуживания.
Серьёзные работы ведутся над совершенствованием камеры сгорания, чтобы обеспечить качественное смесеобразование путём создания в ней турбулентных завихрений. Для стабилизации процесса воспламенения и снижения детонации разработаны моторы с двумя форсунками на цилиндр, что, однако, приводит к существенному удорожанию конструкции.
Более того, для полноты сгорания топлива применяется система рециркуляции, которая направляет часть выхлопа обратно во впускной коллектор, что снижает температуру в камере сгорания и может привести к преждевременному износу, поскольку полностью очистить газы от твёрдых частиц сажи практически невозможно.
Достоинства дизельного агрегата в автомобиле
Перечислим основные плюсы дизельного мотора:
- экономичность;
- больший ресурс;
- тяговооружённость и огромный крутящий момент на низких оборотах.
Единственным негативным фактором, который был полностью устранён, является возможность саморазрушения дизеля. Это явление получило название «пошёл вразнос» и заключалось в бесконтрольном наборе оборотов мотором вплоть до выхода из строя. Современная система питания и электроника исключают возможность возникновения подобной ситуации.
Заключение о дизельном двигателе
Таким образом, дизельный двигатель является оправданным решением при интенсивной езде, перевозке большого количества груза или полной загрузке пассажирами, при буксировке прицепа или езде по бездорожью.
В случае степенной езды по хорошим дорогам экономичность данного типа мотора попросту не успеет компенсировать его цену, а также сложность и стоимость обслуживания. Стоит помнить, что недостатки дизеля на современном техническом уровне удалось лишь минимизировать, но не устранить.
Видео о том, какой двигатель круче, бензиновый или дизельный:
Весьма распространены на легковых автомобилях. Многие модели имеют хотя бы один вариант в моторной гамме. И это без учета грузовиков, автобусов и строительной техники, где их применяют повсеместно. Далее рассмотрено, что такое дизель, конструкция, принцип работы, особенности.
Определение
Данный агрегат представляет собой функционирование которого основано на самовоспламенении распыленного топлива от нагрева либо сжатия.
Особенности конструкции
Бензиновый двигатель имеет те же конструктивные элементы, что и дизель. Схема функционирования в целом также аналогична. Отличие состоит в процессах формирования топливовоздушной смеси и ее сгорания. К тому же дизельные моторы отличаются более прочными деталями. Это обусловлено примерно вдвое более высокой степенью сжатия, чем у бензиновых двигателей (19-24 против 9-11).
Классификация
По конструкции камеры сгорания дизели подразделяют на варианты с раздельной камерой сгорания и с непосредственным впрыском.
В первом случае камера сгорания отделена от цилиндра и соединена с ним каналом. При сжатии поступающий в камеру вихревого типа воздух закручивается, что улучшает смесеобразование и самовоспламенение, которое начинается там и продолжается в основной камере. Дизельные двигатели данного типа ранее были распространены на легковых автомобилях в связи с тем, что они отличались пониженным уровнем шума и большим диапазоном оборотов от рассмотренных далее вариантов.
В с непосредственным впрыском камера сгорания находится в поршне, а топливо подается в надпоршневое пространство. Такая конструкция изначально использовалась на низкооборотных моторах большого объема. Они отличались высоким уровнем шума и вибраций и низким расходом топлива. Позднее, с появлением с электронным управлением и оптимизацией процесса сгорания, конструкторы достигли стабильной работы при диапазоне до 4500 об./мин. К тому же возросла экономичность, снизилась шумность и уровень вибраций. Среди мер по уменьшению жесткости работы - многостадийный предвпрыск. Благодаря этому двигатели данного типа получили в последние два десятилетия обширное распространение.
По принципу функционирования дизели подразделяют на четырехтактные и двухтактные, как и бензиновые моторы. Их особенности рассмотрены далее.
Принцип функционирования
Чтобы понимать, что такое дизель и чем обусловлены его функциональные особенности, необходимо рассмотреть принцип работы. Приведенная выше классификация поршневых ДВС основана на количестве тактов, входящих в рабочий цикл, которые выделяют по величине угла поворота коленчатого вала.
Следовательно, включает 4 фазы.
- Впуск. Происходит при повороте коленвала от 0 до 180°. При этом воздух проходит в цилиндр через открытый на 345-355° впускной клапан. Одновременно с ним во время поворота коленвала на 10-15° открыт выпускной клапан, что называют перекрытием.
- Сжатие. Поршень, двигаясь вверх при 180-360°, сжимает воздух в 16-25 раз (степень сжатия), а впускной клапан закрывается в начале такта (при 190-210°).
- Рабочий ход, расширение. Происходит при 360-540°. В начале такта до достижения поршнем верхней мертвой точки топливо подается в горячий воздух и воспламеняется. Это особенность дизельных двигателей, отличающая их от бензиновых, где происходит опережение зажигания. Выделяющиеся при этом продукты горения толкают поршень вниз. При этом время сгорания топлива равно времени его подачи форсункой и длится не дольше продолжительности рабочего хода. То есть при рабочем процессе давление газов постоянно, вследствие чего дизели развивают больший крутящий момент. Также важной особенностью таких моторов является необходимость обеспечения избытка воздуха в цилиндре, так как пламя занимает небольшую часть камеры сгорания. То есть отличается пропорция топливовоздушной смеси.
- Выпуск. При 540-720° поворота коленвала открытый выпускной клапан поршень, двигаясь вверх, вытесняет выхлопные газы.
Двухтактный цикл отличается укороченными фазами и единым процессом газообмена в цилиндре (продувкой), происходящей между концом рабочего хода и началом сжатия. При движении поршня вниз продукты горения удаляются через выпускные клапаны или окна (в стенке цилиндра). Позже открываются впускные окна для поступления свежего воздуха. Когда поршень поднимается, все окна закрываются, и начинается сжатие. Чуть ранее достижения ВМТ впрыскивается и воспламеняется топливо, начинается расширение.
Из-за сложности обеспечения продувки вихревой камеры двухтактные моторы бывают только с непосредственным впрыском.
Производительность таких двигателей выше в 1,6-1,7 раз, чем характеристики дизеля четырехтактного типа. Ее прирост обеспечивается вдвое более частым осуществлением рабочих ходов, но частично сокращается из-за их меньшей величины и продувки. Вследствие удвоенного количества рабочих ходов двухтактный цикл особо актуален в случае невозможности увеличения частоты вращения.
Основной проблемой таких двигателей является продувка из-за ее непродолжительности, что невозможно компенсировать без снижения эффективности за счет укорочения рабочего хода. К тому же невозможно разделить выхлоп и свежий воздух, из-за чего часть последнего удаляется с отработанными газами. Данную проблему можно решить путем обеспечения опережения выпускных окон. В таком случае газы начинают удаляться до продувки, и после закрытия выпуска цилиндр дополняется свежим воздухом.
К тому же при использовании одного цилиндра возникают сложности с синхронностью открытия/закрытия окон, поэтому существуют двигатели (ПДП), в которых каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в одной плоскости. Один из них контролирует впуск, другой - выпуск.
По механизму осуществления продувку подразделяют на щелевую (оконную) и клапанно-щелевую. В первом случае окна служат и впускными и выпускными отверстиями. Второй вариант предполагает их использование в качестве впускных отверстий, а для выпуска служит клапан в головке цилиндра.
Обычно двухтактные дизели применяют на тяжелых транспортных средствах вроде кораблей, тепловозов, танков.
Топливная система
Топливная аппаратура дизельных двигателей существенно сложнее, чем у бензиновых. Это объясняется высокими требованиями к точности подачи топлива по времени, количеству и давлению. Основные компоненты топливной системы - ТНВД, форсунки, фильтр.
Широко применяется система подачи топлива с компьютерным управлением (Common-Rail). Она впрыскивает его двумя порциями. Первая из них маленькая, служащая для повышения температуры в камере сгорания (предвпрыск), что позволяет снизить шум и вибрации. К тому же данная система повышает на малых оборотах крутящий момент на 25%, снижает расход топлива на 20% и содержание сажи в выхлопных газах.
Турбонаддув
На дизельных двигателях очень широко применяют турбины. Это объясняется более высоким (в 1,5-2) раза давлением выхлопных газов, которые раскручивают турбину, что позволяет избежать турбоямы, обеспечив наддув с более низких оборотов.
Холодный запуск
Можно найти множество отзывов о том, что при отрицательных температурах Сложность запуска таких моторов в холодных условиях обусловлена тем, что для этого требуется больше энергии. Для облегчения процесса их оснащают предпусковым подогревателем. Данное устройство представлено свечами накаливания, размещенными в камерах сгорания, которые при включении зажигания подогревают воздух в них и работают еще в течение 15-25 секунд после запуска для обеспечения стабильности работы непрогретого мотора. Благодаря этому дизели заводятся при температурах -30...-25 °С.
Особенности обслуживания
Для обеспечения долговечности при эксплуатации необходимо знать, что такое дизель и как его обслуживать. Относительно невысокая распространенность рассматриваемых двигателей в сравнении с бензиновыми объясняется в том числе более сложным обслуживанием.
Прежде всего это касается топливной системы высокой сложности. Из-за этого дизели крайне чувствительны к содержанию в топливе воды и механических частиц, а ее ремонт дороже, как и двигателя в целом в сравнении с бензиновым того же уровня.
В случае наличия турбины также высоки требования к качеству моторного масла. Ее ресурс обычно составляет 150 тыс. км, а стоимость высока.
В любом случае на дизельных двигателях менять масло следует чаще, чем на бензиновых (в 2 раза по европейским нормам).
Как было отмечено, у данных моторов встречаются проблемы холодного запуска, когда при низких температурах В некоторых случаях это вызвано использованием неподходящего топлива (в зависимости от сезона на таких двигателях применяют различные сорта, так как летнее топливо при низких температурах застывает).
Эксплуатационные качества
К тому же многим не по душе такие качества дизельных моторов, как меньшие мощность и диапазон рабочих оборотов, более высокий уровень шума и вибраций.
Бензиновый двигатель действительно обычно превосходит в производительности, в том числе и литровой мощности, аналогичный дизель. Мотор рассматриваемого типа при этом имеет более высокий и ровный график крутящего момента. Повышенная степень сжатия, обеспечивающая больший крутящий момент, вынуждает применять более прочные детали. Так как они тяжелее, снижается мощность. К тому же это сказывается на массе двигателя, а следовательно, и автомобиля.
Небольшой диапазон рабочих оборотов объясняется более длительным возгоранием топлива, вследствие чего на высоких оборотах оно не успевает догореть.
Повышенный уровень шума и вибраций вызывает резкое нарастание давления в цилиндре при воспламенении.
Основными достоинствами дизелей считают более высокую тяговитость, экономичность и экологичность.
Тяговитость, то есть высокий крутящий момент на малых оборотах, объясняется сгоранием топлива по мере впрыска. Это обеспечивает большую отзывчивость и облегчает эффективное использование мощности.
Экономичность обусловлена как низким расходом, так и тем, что топливо для дизеля дешевле. К тому же возможно использовать в качестве него низкосортные тяжелые масла благодаря отсутствию строгих требований к испаряемости. А чем топливо тяжелее, тем выше эффективность мотора. Наконец, дизели работают на бедных смесях в сравнении с бензиновыми моторами и при высокой степени сжатия. Последнее обеспечивает меньшие потери тепла с отработанными газами, то есть большую эффективность. Все данные меры снижают расход топлива. Дизель, благодаря этому, тратит его на 30-40% меньше.
Экологичность дизелей объясняется тем, что в их выхлопных газах ниже содержание окиси углерода. Это достигается применением сложных систем очистки, благодаря чему сейчас бензиновый двигатель соответствует тем же экологическим нормам, что и дизель. Мотор такого типа ранее значительно уступал бензиновому в данном отношении.
Применение
Как понятно из того, что такое дизель и каковы его характеристики, такие моторы наиболее подходят для тех случаев, когда необходима высокая тяга на низких оборотах. Поэтому ими оснащают почти все автобусы, грузовики и строительную технику. Что касается частных транспортных средств, среди них такие параметры наиболее важны для внедорожников. Благодаря высокой экономичности данными моторами оснащают и городские модели. К тому же они удобнее в управлении в таких условиях. Тест-драйвы дизелей свидетельствуют об этом.