В последние десять лет дизельные технологии развиваются огромными темпами. Модификации легковых автомобилей с дизельными двигателями составляют половину новых машин, которые продаются в Европе. Неприятный запах, громкое тарахтение и густой черный дым из выхлопной трубы остались в далеком прошлом.Дизельные двигатели сегодня – не только экономичные, они также имеют достойные динамические характеристики и высокую мощность. Современный дизельный мотор стал экологически чистым и тихим. Как же удалось этому типу двигателей внутреннего сгорания постоянно соответствовать ужесточающимся нормам загрязняемости и при этом не только не проигрывать в экономичности и тяговитости, но и улучшать данные показатели? Сейчас мы рассмотрим устройство и особенности работы дизельного двигателя.
Основные принципы работы.
На первый взгляд дизельный мотор почти не отличается от обыкновенного бензинового - те же шатуны, поршни, цилиндры. Главным и принципиальным отличием является способ воспламенения и образования топливо-воздушной смеси. В обычных инжекторных и карбюраторных моторах приготовление смеси происходит во впускном тракте, а не в цилиндре. В бензиновых моторах с непосредственным впрыском смесь смешивается так же как и в дизелях - прямо в цилиндре. В бензиновом двигателе топливо-воздушная смесь в цилиндре в нужный момент воспламеняется от искрового разряда. В дизеле же горючее воспламеняется не от искры, а из-за высокой температуры воздуха в самом цилиндре.
В дизеле рабочий процесс происходит таким образом: в цилиндр сначала попадает чистый воздух, который из-за сильной степени сжатия (16-24:1) подогревается до 800-920°С.. Дизельное топливо под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания, когда поршень подходит к верхней мертвой точке. А в результате того, что воздух уже сильно разогрет, сразу после смешивания происходит воспламенение горючего. Самовоспламенение в цилиндре сопровождено резким нарастанием давления - отсюда жесткость работы дизеля и повышенная шумность. Подобная организация рабочего процесса позволяет работать на очень бедных смесях и использовать более дешевое топливо, а это и является основным фактором более высокой экономичности. Дизель имеет больший коэффициент полезного действия (у бензинового – 25–35%, у дизеля – 35–45%) и крутящий момент. К отрицательным сторонам дизельных моторов обычно относят вибрацию и повышенную шумность, трудности холодного пуска и меньшую литровую мощность. Однако описанные недостатки приемлемы в основном старым конструкциям, а в наше время эти проблемы уже не являются такими очевидными.
Особенности конструкции дизельных двигателей.
Как уже было сказано, конструкция дизельного мотора подобна конструкции бензинового мотора. Но аналогичные механизмы у дизеля заметно усилены, для восприятия более высоких нагрузок - ведь у него намного выше степень сжатия (16-24, в отличие от бензинового 9-11). Характерной деталью в конструкции дизельных двигателей является поршень. У дизелей типом камеры сгорания определяется форма днища поршней, в результате, по форме без труда определить, какому мотору принадлежит определенный поршень. Не редко днище поршня в себе содержит камеру сгорания. Выше верхней плоскости блока цилиндров находятся и сами днища поршней. Так как возгорание рабочей смеси осуществляется от повышения давления, в дизельных моторах отсутствует система зажигания, однако на дизеле также могут применяться свечи. Однако это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые при холодном пуске двигателя предназначены для подогрева в камере сгорания воздуха.
Экологические и технические показатели машинного дизельного мотора в первую очередь зависят от системы впрыскивания топлива и типа камеры сгорания.
Виды камер сгорания.
То, какой формы установленная камера сгорания, значительно влияет на качество процесса образования смеси, а, следовательно, и на шумность и мощность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных моторов разделяются на два основных типа: разделенные и неразделенные.
Пару лет назад на рынке машиностроения легковых машин доминировали дизельные моторы с разделенными камерами сгорания. В этом случае впрыск топлива осуществлялся не в надпоршневое пространство, а сразу в специальную камеру сгорания, которая была выполнена в головке блока цилиндров. При этом различали два процесса образования смеси: вихрекамерный и предкамерный (форкамерным).
Если процесс форкамерный, топливо впрыскивается в предварительную специальную камеру, которая связанна с цилиндром несколькими небольшими отверстиями или каналами, ударяется об стенки, и этим перемешиваясь с воздухом. После воспламенения, смесь поступает в основную камеру, где и догорает полностью. Сечение каналов в этом случае подбирается таким образом, чтобы при сжатия (ходе поршня вверх) и расширения (вниз) между форкамерой и цилиндром возникал большой перепад давления, который вызывал течение газов с большой скоростью через отверстия.
Если процесс вихрекамерный сгорание тоже начинается в отдельной специальной камере, только она выполнена в виде шара. В период сжатия в предкамеру по соединительному каналу поступает воздух и там интенсивно закручивается – в ней образуется вихрь. Впрыснутое в нужный момент топливо прекрасно перемешивается с воздухом.
В результате чего, в разделенной камере сгорания происходит сгорание топлива как бы в две ступени. Все это понижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы мотора более мягким. Недостатком дизельных моторов с разделенной камерой сгорания являются: повышение расхода горючего вследствие потерь из-за расширенной поверхности камеры сгорания, сильных потерь на перетекание в дополнительную камеру воздушного заряда и обратно в цилиндр горящей смеси. Помимо этого ухудшаются и пусковые качества.
Дизельные моторы с неразделенной камерой называют также дизельными двигателями с непосредственным впрыском. В них непосредственно в цилиндр впрыскивается топливо, а камера сгорания встроена в днище поршня. Еще не так давно непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизельных моторах большого объема, другими словами на фурах и тягачах. Хотя такие моторы экономичнее двигателей с разделенными камерами сгорания, на небольших дизелях их применение сдерживалось трудностями процесса сгорания, а также вибрацией и повышенными шумом, особенно при разгоне.
На данный момент благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом в устройстве и особенностях работы дизельного двигателя, а также дозировании в нем топлива, процесс сгорания топливной смеси удалось оптимизировать. Шумность таких моторов также в последнее время стала значительно меньше. Последние дизельные моторы разрабатываются только с прямым впрыском.
