- пристрій двигуна
- Процес роботи дизельного ДВС
- Камера згоряння паливної суміші
- компановка двигуна
- Електронний тюнинг двигуна
4-тактний дизельний двигун внутрішнього згоряння. Це «брат - близнюк» іншого двигуна - бензинового. Конструктивно «дизель» мало чим відрізняється від бензинового побратима, але ось принцип роботи у цих двигунів відрізняються, саме тому двигуни внутрішнього згоряння пішли по 3 різними шляхами розвитку.
Дизельні двигуни є найбільш затребуваними силовими агрегатами, які використовуються в самих різних галузях. Ними оснащуються легкові і вантажні автомобілі, стаціонарні силові установки, спецтехніка, суду і тепловози. Це своєрідні «робочі конячки», яким можна довірити найважчу роботу. З моменту своєї появи в 1897 році дизелі практично не змінили принцип роботи і загальну схему будови, але з кожним роком вони вдосконалюються з метою зменшення їх ваги і габаритів, зниження витрати палива і підвищення їх потужності. В основному модернізація полягає в розробці електронних систем, які контролюють роботу основних систем і механізмів двигуна з метою визначення оптимального режиму його роботи.
Основна відмінна риса дизельного двигуна від його головного бензинового конкурента - це спосіб займання паливо в циліндрах, яке загоряється при контакті з стисненим повітрям під час робочого такту, що виключає детонацію всередині циліндрів і дає можливість підвищити ступінь стиснення, а також використовувати різні системи наддуву, що підвищують потужність.
Ефективність будь-якого, в тому числі і дизельного, двигуна залежить від кількості виробленої енергії під час спалювання палива в циліндрах. В цьому відношенні дизельний двигун набагато ефективніше свого бензинового побратима, що досягається за рахунок більш високого ступеня стиснення, що досягає 20-24 одиниць, і більш раціонального витрати палива, який безпосередньо залежить від навантажень. Якщо порівняти дизельний і бензиновий мотор однакового обсягу, перший буде споживати в 1,5 рази менше палива. ККД дизельного двигуна становить близько 40%, а із застосуванням додаткової системи наддуву - все 50%, що в 1,5-2 рази вище, ніж у бензинового. Дизельні двигуни в своїй будові мають більш міцні і надійні елементи, розраховані на роботу в умовах високого тиску, тому вони більш довговічні. А ось недоліком таких моторів є їх велика маса, шум при роботі, скрутний пуск при мінусовій температурі. При експлуатації потрібно ретельно стежити за справністю плунжерній пари, від якої безпосередньо залежить якість роботи двігателя.В зв'язку з тим що економічно і по ефективності дизельні двигуни себе виправдовують, а зі збільшенням розмірів вигода їх тільки зростає, їх застосовують на океанському і морському флотах, на всіх видах надводних кораблів цивільного призначення.
пристрій двигуна
Дизельний двигун складається з наступних основних систем і механізмів:
- кривошипно-шатунний механізм;
- газорозподільчий механізм;
- система пуску;
- система харчування;
- система охолодження;
- мастильна система.
Принцип роботи такого мотора наступний: в циліндрах згоряє паливо, виділяючи енергію, яка приводить в рух поршень, пов'язаний шатуном з колінчастим валом. Під тиском поршня вал прокручується, передаючи крутний момент далі по трансмісії до ведучих коліс. Системи двигуна відповідають за пуск двигуна, подачу палива, охолодження і змащення робочих поверхонь.
Дизельні двигуни можуть бути 2-х і 4-тактними. І перші, і другі успішно використовуються в тих чи інших сферах і мають свої плюси і мінуси. Перевагами 4-хтактного двигунів є:
- економічність;
- надійність;
- нескладне технічне обслуговування;
- порівняно невисокий рівень шуму при роботі.
Недоліки 4-хтактного моторів:
- 3 з 4-х тактів циклу відбуваються за інерцією, а робочим є тільки один з них;
- різкі збільшення навантаження під час робочого такту вимагають наявності більш надійних і міцних елементів: шатуна, втулки циліндра, поршня і т.д .;
- необхідність регулювання теплових зазорів;
- запускається довше, ніж 2-хтактний.
Процес роботи дизельного ДВС
Як випливає з назви, робочий цикл чотиритактного ДВС складається з 4-х тактів: впускання, стиснення, розширення і випуску. Чотири такту відповідають двом оборотам колінчастого вала і чотирьом ходам поршня. Хід поршня - це його переміщення від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої (НМТ) або навпаки. Це одна з найважливіших характеристик двигуна, яка визначає ступінь стиснення паливної суміші, а значить, і потужність мотора.
Перший такт - такт впуску - в дизельному двигуні є впуск повітря через що відкривається впускний клапан. Поршень переміщається від ВМТ до НМТ, створюючи розрідження в камері згоряння, що сприяє втягуванню повітря всередину циліндра.
Такт стиску - це процес стиснення повітря при переміщенні поршня від НМТ до ВМТ при закритих клапанах. При цьому в камері згоряння зменшується обсяг, збільшується тиск і підвищується температура. Трохи раніше, ніж поршень займе своє верхнє положення, через форсунку впорскується дизельне паливо. При взаємодії з гарячим повітрям воно запалюється.
Такт розширення (робочий хід) характеризується різким підвищенням температури і тиску за рахунок згоряння палива. Гази тиснуть на поршень, переміщаючи його з ВМТ в НМТ, що і є основною рушійною силою мотора.
Такт випуску - видалення відпрацьованих газів з камери згоряння через випускний клапан. Поршень піднімається до ВМТ, виштовхуючи продукти згоряння назовні.
Після такту випуску знову йде такт впуску, і так по колу.
Робота всіх 4ех тактних двигунів однакова, будь то дизельний двигун або бензиновий.
Камера згоряння паливної суміші
Різні моделі дизельних двигунів відрізняються між собою будовою. Однією з важливих особливостей є конструкція камери згоряння. Камера згоряння - простір, де відбувається безпосередньо згоряння палива.
Нерозділене камера розташована в самій конструкції поршня або над ним, паливо на такті впуску потрапляє в неї, де і запалюється при контакті з гарячим повітрям. Це найбільш простий варіант, який, до того ж, знижує витрату палива, але сам двигун при цьому працює дуже голосно.
Інший варіант - розділена камера, тобто камера, яка розташована не в циліндрі, а на вході до нього і пов'язана з ними каналом. Паливо подається в камеру, де перемішується з вихровим потоком повітря, що краще розподіляє його краплі по об'єму камери згоряння і сприяє повному його згорянню. Такий варіант підходить для невеликих установок і легкових автомобілів, але він значно збільшує витрату палива.
Виходячи з конструкції поршня і камери згоряння, розрізняють різні способи сумішоутворення в дизельних ДВС:
- об'ємне смесеобразование - найпростіший варіант. Камера згоряння являє собою простір між поршнем, стінками і голівкою циліндрів. Паливо впорскується під тиском через розпилювачі форсунок. Тут важливо, щоб краплі палива рівномірно розподілилися по всьому об'єму і ретельно перемішалися з гарячим повітрям, тому в камері згоряння повинен бути організований віхреобразний потік паливного заряду, а саме паливо повинне подаватися під високим тиском;
- об'ємно-плівкове сумішоутворення використовується в високооборотних двигунах з невеликим діаметром циліндрів. Це як раз той випадок, коли камера згоряння частково розміщена в конструкції поршня. У двигунах вітчизняного виробництва такі камери мають форму усіченого конуса. При уприскуванні заряду паливо потрапляє на поверхню камери згоряння, утворюючи «плівку», після чого практично відразу випаровується. Вихрові потоки, що утворюються під впливом переміщення поршня, дають можливість рівномірно розподілити краплі палива по всьому об'єму;
- передкамерного смесеобразование передбачає наявність передкамери, розташованої в кришці циліндрів. Вона з'єднується з основною камерою згоряння невеликими каналами з діаметрами не більше 1% від діаметра поршня. Обсяг передкамери становить до 30% загального обсягу камер. За формою вона може бути овальної, циліндричної або сферичної;
- вихорокамерних смесеобразование відбувається за рахунок вихрових потоків повітря, що дає можливість максимально змішати паливний заряд з повітрям навіть при невисокому тиску його подачі в камеру згоряння. Для такого сумішоутворення необхідна роздільна камера, що складається з двох частин: вихровий і основний. На такті стиснення повітря з основної камери витісняється в вихревую, яка має сферичну або циліндричну форму. Потік повітря створює вихрові руху, рухаючись по колу, а в цей час з форсунки під тиском до 12 МПа подається заряд палива. Оскільки повітряна хвиля знаходиться в русі, краплі рівномірно розподіляються по всьому її об'єму.
компановка двигуна
4-тактний дизельні двигуни відрізняються не тільки будовою камери згоряння, а й кількістю циліндрів і їх взаємним розташуванням. Зрозуміло, що чим більше циліндрів, тим потужніше двигун і тим він більше за розмірами. Різні варіанти компоновки дозволяють зменшити його габарити. Залежно від розташування циліндрів двигуни можуть бути:
1. рядний.
Всі циліндри розташовуються в ряд. Така конструкція двигунів найпростіша, деталі до них мають нескладну технологію виробництва.
2. V- подібний двигун.
Циліндри в такому двигуні розставлені в формі букви V, в двох площинах, двома рядами під кутом 600 або 900. Утворився між ними кут - це кут розвалу. Плюсом такого двигуна є потужність. Його габарити можуть бути зменшені за рахунок зміщення в розвал інших важливих компонентів. Його довжина менше, а ширина більше. Але через складність таких конструкцій буває непросто визначити центр їх тяжкості.
3. опозитний двигуни (маркування В).
Вони відносно врівноважені, для зменшення вібрації всі елементи розташовують симетрично. Їх конструктивна особливість - центральне кріплення вала на жорсткому блоці. Це так само впливає на ступінь вібрації. Кут розвалу становить 1800.
4. Рядно-зміщені агрегати (маркування VR).
Дану компоновку відрізняє малий кут розвалу (150) V-образного двигуна в співдружності з рядним аналогом. Це дозволяє зменшити розміри поздовжнього і поперечного агрегатів. Маркування VR розшифровується як V - образний, R - рядний.
5. W (або дубль V) - подібний.
Найскладніший двигун. Відомий двома видами компонування.
1) Три ряди, кут розвалу великої.
2) Дві компонування VR. Вони компактні, незважаючи на велику кількість циліндрів.
6. Радіальний (зіркоподібний) поршневий двигун.
Має невеликий розмір довжини з щільним розміщення декількох штук циліндрів. Вони розташовуються навколо колінчастого вала радіальними променями з рівними кутами. Її відрізняє від інших наявність кривошипно-шатунного механізму. У даній конструкції один циліндр виступає головним, інші - причіпні - кріпляться до першого по периферії. Недолік: в стані спокою нижні циліндри можуть постраждати від протікання масла. Рекомендують до початку запуску двигуна перевірити, що в нижніх циліндрах масло відсутній. В іншому випадку можливі гідроудар і поломка. Щоб збільшити розмір і потужність двигуна, досить подовжити колінчастий вал утворенням декількох рядів - зірок.
Електронний тюнинг двигуна
Сучасні дизельні двигуни все частіше оснащуються електронікою. Датчики, які стежать за навантаженням, контролюють кількість палива, що подається і склад паливного заряду, подають сигнали на центральний блок управління, який підбирає найбільш ефективний і економічний режим роботи. При акуратному вплив на цю систему за допомогою додаткового обладнання можна підвищувати потужність мотора в певних межах - це називається чіп-тюнінг. Відразу потрібно зазначити, що чіп-тюнінг не всесильний, він може поліпшити роботу двигуна в межах закладеного запасу міцності і частенько призводить до передчасного зносу систем.
Для підвищення потужності дизельного двигуна можуть використовуватися спеціальні модулі або блоки:
- блок, що змінює імпульси управління форсунками;
- блок заміщення режимів паливного насоса високого тиску (ТНВД);
- блок, що змінює свідчення датчика тиску паливного акумулятора;
- модуль оптимізації режимів.
Перший варіант - найбільш відомий серед любителів автотюнінгу. Принцип роботи такого блоку полягає в тому, що він блокує короткочасні імпульси попереднього і подальшого відкриття голки форсунки, що знижує витрату палива. Блок можна встановити практично на будь-якої моделі, але його робота знижує ресурс мотора і позначається на якості згоряння паливного заряду.
Другий варіант можна використовувати тільки на певних моделях двигунів. Принцип дії цього блоку полягає в тому, що він подає сигнал із заниженими показниками тиску в системі, що приводити до його підвищення. У цьому випадку «страждає» ТНВД і форсунки, але потужність двигуна дійсно збільшується, а витрата палива зменшується.
Третій варіант передбачає підключення блоку, який подає на ЕБУ сигнал про допустимо зниженому значенні тиску в паливному акумуляторі. В результаті тиск автоматично підвищується і по-новому визначається час і інтенсивність впорскування палива. При цьому підвищується потужність і економиться паливо, але знижується ресурс ТНВД і фільтр сажі, на стінках циліндра утворюється нагар, двигун починає «диміти».
Найбільш безпечним і ефективним є четвертий варіант. Модуль, що підключається до системи живлення, не підміняє потрібними цифрами істинні значення робочих параметрів, а посилає сигнал на ЕБУ про необхідність зміни тривалості впорскування палива. На відміну від попередніх блоків, даний модуль не приносить ніякої шкоди ні двигуну, ні ТНВД, так що ресурс систем і механізмів не зменшиться. Недоліком даного способу підвищення потужності є його висока вартість, обмеженість у застосуванні і складність конструкції. Він не дає моментального ефекту - його дію можна відчути тільки через деякий час.
Є й інші способи, в тому числі і використання обладнання, яке змінює справжнє значення стехіометричних величин, але їх застосування може призвести до серйозних проблем з двигуном.
Однією з серйозних проблем, що виникають у дизельних двигунів - це так званий «рознос двигуна». Це нештатний режим роботи дизельного двигуна, при якому відбувається некероване підвищення частоти обертання валу двигуна. Такий режим зазвичай спостерігається після запуску або при різкому скиданні навантаження. Основних причин розносу дві: несправність паливного насоса високого тиску і потрапляння великої кількості моторного масла в камеру згоряння.