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:
Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность и высокий крутящий момент, делают его предпочтительным вариантом. Современные дизели близки к бензиновым моторам по шумности, сохраняя преимущества в экономичности и надежности.
Конструкция и строение
По конструкции дизельный двигатель 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). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного мотора в сравнении с бензиновым.Принципиально отличие заключается 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 о С, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается солярка, которое 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 чтобы 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
Существует несколько типов дизельных моторов, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях 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.
Наиболее распространенным является другой тип дизеля - 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. 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
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 уже 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.
Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение 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.
Топливные фильтры.
Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. 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 обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы - свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900 о 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 о 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".
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 - 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 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.
Доброго времени суток. Думаю многим будет интересна данная тема. Преимущества и недостатки...Всё ниже.
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.
Интересно то, что Дизель в своей книге вместо привычной нам с Вами солярки, в роли идеального топлива описывал каменноугольную пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли как топлива - в первую очередь из-за высоких абразивных свойств.
Но теорию дизельного двигателя рассматривал и Экройд Стюарт. Он не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество - топливную эффективность. Возможно, это и было причиной того, что в настоящее время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20-30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.
В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях, В 50 - 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
Принципы работы:
Четырёхтактный цикл.
При первом такте
(такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.
При втором такте
(такт сжатия, поршень идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрытывоздух сжимается в объёме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится меньше в 17 раз по сравнению с общим объёмом цилиндра, и воздух становится очень горячим.
Непосредственно перед началом третьего такта
(такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсун. При впрыске топливо распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняющейся смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода.
Выпускной клапан открывается, когда начинается четвёртый такт
(такт выпуска, поршень идет вверх), и выхлопные газы проходят через выпускной клапан.
Двухтактный цикл.
Поршень находится в нижней мёртвой точке и цилиндр наполнен воздухом. Во время хода поршня вверх воздух сжимается; вблизи верхней мёртвой точки происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется. Затем происходит рабочий ход - продукты сгорания расширяются и передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мёртвой точки происходит продувка - продукты сгорания замещаются свежим воздухом. Цикл завершается.
Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.
Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6 - 1,7 раз.
В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100.000 л.с.
Плюсы и минусы.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт, достигая эффективности 54,4 %). Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты - смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя.
Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий крутящий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой «Common-rail» системы. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный - и экологически такой же чистый, как и бензиновый - дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра». «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки «сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы - и так называемого «интеркулера» - то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.
Ну и на последок самое интересное. МИФЫ о дизельных двигателях.
Дизельный двигатель слишком медленный.
Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.
Дизельный двигатель слишком громкий.
Правильно настроенный дизель лишь немного «громче» бензинового, что заметно лишь на холостых оборотах. В рабочих режимах разницы практически нет. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично - от 2-х до 5-ти импульсов).
Дизельный двигатель гораздо экономичнее.
Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 10-30 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 МДж/кг) меньше чем у бензина (44-47 МДж/кг), основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400-600 тысяч километров.[источник не указан 211 дней] Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут не намного меньше, чем у бензинового.[источник не указан 211 дней]
Дизельный двигатель плохо заводится в мороз.
При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет. Например дизельный двигатель VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.
Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешевого газа.
Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе - газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также - кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.
А что вы скажете про дизельный двигатель?)
Как известно, дизельные моторы дороже в обслуживании и тем более в ремонте, из-за того, что их узлы и детали ( или топливный насос высокого давления, насос форсунка, турбокомпрессор, форсунка) изготовлены с максимально высокой точностью. При этом они, как правило, экономичнее бензиновых и обладают более высоким КПД (коэффициентом полезного действия) — на 10-14 процентов. Кроме того современные дизеля имеют большую мощность и отличную приёмистость. А для еще большего увеличения мощностных и тяговых характеристик дизельные моторы оснащают и .
Принцип работы дизельного двигателя и его отличие от бензинового собрата.
Принципы работы дизельных и бензиновых движков, как уже отмечалось выше, абсолютно различны.
В бензиновых двигателях внутреннего сгорания (карбюраторных, инжекторных) приготовление смеси, как правило, происходит во впускном тракте: в цилиндр подается уже готовая смесь, которая там загорается при помощи свечи зажигания в момент сжатия.
В дизельных моторах все не так, и смесеобразование происходит прямо в цилиндре. Воспламенителем при этом является воздух, который при сжатии нагревается и воспламеняет дизельное топливо. Само это топливо подается в камеру сгорания форсункой и топливным насосом высокого давления (насосом-форсунки) под высоким давлением.
Теперь познакомимся с этим процессом подробнее, по тактам. Кстати, количество последних у дизельных и бензиновых двигателей равно (четырем). Рассмотрим каждый из тактов.
Первым тактом у дизельного мотора является такт впуска.
В период прохождения первого такта поршень двигается с верхней мертвой точки (вмт) в нижнюю (нмт). На данном этапе впускной клапан открыт, в то время как выпускной, естественно, закрыт. Когда поршень двигается в нмт, создается разряжение и цилиндр мотора заполняется воздухом, который перед тем, как попасть цилиндр, очищается от механических примесей в воздушном фильтре.
Вторым тактом будет такт сжатия.
В этот момент времени клапаны (впускной и впускной) закрыты и поршень движется из нмт в вмт. И так как клапаны закрыты, воздуху деваться некуда, поэтому он сжимается, создавая высокое давление, и нагревается — до 800 градусов Цельсия.
Третий такт — такт расширения (рабочий ход).
Во время движения поршня в вмт дизельное топливо по средством форсунки подается в цилиндр под высоким давлением (от 150 до 300 Bar) и там распыляется. В процессе распыления топлива происходит его смешение с горячим воздухом и, следовательно, его последующее воспламенение. При горении смеси температура в цилиндре стремительно повышается — до 1750 -1800 градусов Цельсия. Одновременно с этим растет и давление, которое достигает 10-12 Мпа. Образуются газы, которые толкают поршень сверху вниз. Перемещаясь вниз, поршень выполняет предписанную ему работу. В нмт давление снижается вместе с температурой.
История дизеля начинается почти с изобретения бензинового двигателя. Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году, который использовал принцип четырёхтактного сгорания, также известный на западе как "цикл Отто ", и это основная предпосылка для большинства автомобильных двигателей сегодня. В своей ранней стадии, однако, бензиновый двигатель был крайне неэффективным в своей работе, поэтому в те времена ещё долгое время широко использовался паровой двигатель для транспортировки всего, что было нужно транспортировать. Главным недостатком в работе обоих двигателей было то, что они эффективно использовали только около 10 процентов топлива из всего поступающего топлива в эти типы двигателей. Остальная часть просто превращалась в бесполезное тепло, а бензин выходил с выхлопом не сгоревшим.
Дизельный двигатель Porsche Cayenne S 2013 модельного года
Уже через 2 года - в 1878 году - Рудольф Дизель во время посещения политехнической средней школы в Германии (эквивалент инженерного университета в России) узнал о низкой эффективности работы бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя, который мог бы работать с более высокой эффективностью, и он посвятил бóльшую часть своего времени на развитие такой технологии, которая бы позволила расходовать природные ресурсы нашей планеты гораздо эффективнее. И вот, наконец, только к 1892 году Дизель получил патент за то, что мы сегодня называем дизельным двигателем.
Рудольф Дизель и изобретённый им дизельный двигатель
Но если дизельные двигатели работают настолько эффективно, почему бы нам не использовать их чаще? Почему бы нам, в конце концов, не использовать только их? Вы можете увидеть слова "дизель", "солярка" и подумать о здоровенных грузовых автомобилях, извергающих из длинной выхлопной трубы чёрный, закопчённый дым при работе двигателями и создавая при этом довольно громкий гремящий шум. Этот негативный образ дизельных грузовиков сделал дизель менее привлекательным для обычных водителей в нашей стране, хотя дизель отлично подходит для перевозки крупных партий на большие расстояния, он практически никогда не был лучшим выбором для легковых автомобилей. Тем не менее, на сегодняшний день ситуация начинает меняться, и дизелем комплектуются даже заряженные версии легковых авто и изредка даже спортивные машины , так как современные технологии значительно улучшили дизельный двигатель, сделав его намного чище (экологичнее) и менее шумным.
А это дизельный двигатель большого теплохода мощностью около 10 000 лошадиных сил
Объясняя, как работает дизельный двигатель, мы будем опираться на то, что Вы уже знаете, как работает бензиновый четырёхтактный двигатель. Поэтому, если Вы ещё не сделали этого, Вам, вероятно, будет лучше прочитать сначала , чтобы получить ряд знаний и азов по основам двигателя внутреннего сгорания.
Дизель против бензина
В теории дизельный и бензиновый двигатели очень похожи. Они оба являются двигателями внутреннего сгорания, предназначенными для преобразования химической энергии топлива в доступную для дальнейшего движения автомобиля механическую энергию. Эта механическая энергия получается за счёт движения поршней вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, а сам коленвал имеет форму зигзага - получается, что линейное движение поршней создаёт вращательное движение коленвала, необходимое, чтобы повернуть колёса автомобиля и привести его (авто) в движение.
При этом, и дизельный, и бензиновый двигатели превращают топливо в механическую энергию через серию небольших взрывов, которые выталкивают поршни, заставляя их двигаться. Основное различие между дизелем и бензиновым "движком" заключается в том, что провоцирует эти взрывы. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается поршнями и возгорается от искры, которая появляется от свечей зажигания. В дизельном двигателе, однако, сначала поршнем сжимается воздух, и только затем топливо впрыскивается. Так как воздух нагревается, когда он сжимается, топливо воспламеняется.
Как работает дизельный двигатель?
Анимация ниже показывает, как работает дизельный двигатель, в действии - также 4 цикла работы. Вы можете сравнить его с анимацией работы бензинового двигателя и увидеть различия.
Дизельный двигатель использует четырёхтактный цикл сгорания:
- Такт впуска - когда открывается впускной клапан, впуская воздух. В это время поршень движется вниз, засасывая воздух.
- Такт сжатия - поршень движется вверх и сжимает воздух, которому некуда деваться, так как впускной клапан закрылся.
- Такт воспламенения - когда поршень достигает вершины (верхней мёртвой точки, ВМТ), топливо впрыскивается в нужное время и воспламеняется, сильно толкая поршень вниз.
- Такт выпуска отработавших газов - поршень снова движется вверх, выталкивая выхлопные газы, созданные при сгорании топливо-воздушной смеси, из выпускного клапана.
Вот все 4 цикла работы дизельного двигателя, но ещё проще:
Следует помнить, что дизельный двигатель, в отличие от бензинового, не имеет свеч зажигания, а также впускает в цилиндры сначала воздух, а затем солярку (в цилиндры бензинового двигателя топливо-воздушная смесь поступает уже готовой). Именно тепло сжатого воздуха зажигает топливо в дизельном двигателе.
Интересный момент: при своей работе топливо-воздушная смесь в дизельном двигателе сжимается гораздо сильнее, чем в бензиновом - если бензиновый двигатель сжимает топливо и воздух в соотношении от 8:1 до 12:1, то дизельный двигатель сжимает воздух в соотношении от 14:1 до более, чем 25:1.
Инжектор (форсунки) в дизеле
Одна большая разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в процессе впрыска топлива. Большинство автомобильных двигателей используют инжектор для этого (или в редких уже на сегодняшний день случаях карбюратор). Инжектор впрыскивает топливо непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра). Карбюратор смешивает воздух и топливо задолго до того, как воздух поступает в цилиндр. В двигателе автомобиля, таким образом, все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается поршнем. Сжатие топливо-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя - если сжать слишком много воздуха, то смесь топлива и воздуха спонтанно воспламенится и испортит двигатель, так как такт воспламенения начнётся раньше того момента, когда поршень достигнет верхней точки.
Дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива - дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр уже после того, как туда попадёт воздух. Инжектор или, как правильнее, топливные форсунки в дизельном двигателе является наиболее сложным компонентом и, нужно отметить, предметом большой доли экспериментов - в каждом конкретном двигателе инжектор может быть расположен в самых различных, а иногда и неожиданных местах. Инжектор должен быть способен выдерживать температуру и давление, которое создаётся внутри цилиндра, а ещё он должен смочь доставить топливо в виде мелкодисперсного тумана. Сделать так, чтобы этот туман, попадая в цилиндр, равномерно распределялся по нему, является большой проблемой, вот почему ряд дизельных двигателей используют специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания или другие устройства, чтобы создать завихрение воздуха в камере сгорания или иначе улучшить процесс зажигания и горения.
Работа топливной форсунки
Некоторые дизельные двигатели всё же содержат свечу. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять до достаточно высокой температуры для воспламенения топлива сжатый воздух. Специальная свеча накаливания в дизеле по сути является проводом для электрического подогрева (представьте горячие проводки, которые Вы видели в тостере), который нагревает камеру сгорания и повышает, тем самым, температуру воздуха, когда двигатель холодный, так чтобы двигатель мог завестись.
Все функции в современном дизельном двигателе контролируются компьютером и продуманным набором датчиков, измеряющих практически всё: от оборотов коленчатого вала до системы охлаждения двигателя и температуры масла и даже положение двигателя относительно горизонта. Свечи накаливания используются редко сегодня на более мощных двигателях. Вместо них используются другие технологии, самая распространённая из которых - это более сильное сжатие воздуха (для большего нагрева) и более поздний впрыск топлива.
Тем не менее, в ряде дизельных двигателей не представляется возможным решить проблему запуска в холодную погоду указанным выше способом. Кроме того, есть двигатели, которые не имеют такие продвинутые технологии управления компьютером. Потому использование свечей накаливания для двух случаев выше решает проблему холодного запуска.
Дизельное топливо
Любое нефтяное топливо берёт своё начало из сырой нефти, которая, естественно, добывается из земли. Далее сырая нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах и может быть разделена на несколько разных видов топлива, в том числе бензин, реактивное топливо, керосин и, конечно же, дизельное топливо (солярку).
Если Вы хоть раз пытались сравнить дизельное топливо и бензин, то Вы знаете, что они сильно разные. Даже их запах сильно отличается. Дизельное топливо тяжелее и более жирное. Оно испаряется значительно медленнее, чем бензин, а температура его кипения на самом деле выше, чем температура кипения воды. Вы, вероятно, часто слышали, что дизельное топливо называют "соляркой" - это потому что оно такое жирное (есть такое вещество - соляровое масло, и его раньше часто сравнивали с дизельным топливом).
Дизельное топливо испаряется медленнее, потому что оно тяжелее. Оно содержит больше углеродоатомов в длинных цепочках, чем бензин (бензин, как правило, имеет химическую формулу C9H20 (но может иметь и другую в зависимости от марки, октанового числа и т.п.), в то время как дизельное топливо, как правило, характеризуется формулой C14H30 ). Требуется меньшее время и количество этапов переработки для создания дизельного топлива, и поэтому оно как бы должно быть дешевле, чем бензин. Но в последние годы, однако, спрос на дизель поднялся по нескольким разным причинам, в том числе из-за повышенной индустриализации и строительства в нашей стране, и потому на сегодняшний день дизельное топливо стоит дороже бензина.
Дизельное топливо имеет более высокую так называемую плотность энергии , чем бензин. В среднем, 1 галлон (3,8 л) дизельного топлива содержит около 155x10 6 джоулей энергии, в то время как 1 галлон бензина содержит 132x10 6 джоулей. Это, в сочетании с повышенной эффективностью дизельных двигателей за счёт большей степени сжатия, объясняет, почему дизельные двигатели расходуют намного меньше топлива, нежели эквивалентные им бензиновые двигатели.
Дизельное топливо используется для питания широкого спектра транспортных средств и другой техники. Сюда, прежде всего, нужно включить, конечно же, дизельные грузовики, которые Вы видите крейсерящими по шоссе, но также дизель помогает двигаться лодкам, школьным автобусам, поездам, кранам, сельскохозяйственному оборудованию и тракторам, генераторам электричества и многой-многой другой технике. Подумайте о том, насколько важен дизель в экономике - без высокой эффективности дизельного топлива строительная индустрия и сельскохозяйственные предприятия страдали бы от требуемых инвестиций в топлива с низким энергопотреблением и эффективностью. Около 94 процентов грузов во всём мире - будь то отправленные грузовиками, поездами или кораблями - доставляются в конечные точки именно за счёт дизельного топлива.
Улучшение дизельного двигателя и дизельного топлива
С точки зрения окружающей среды дизель имеет и плюсы, и минусы. Плюс - дизель испускает очень небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа - выбросов, более всего приводящих к глобальному потеплению. Минус - большие количества соединений азота и твёрдых частиц (сажи) высвобождаются во время сжигания дизельного топлива, что приводит к выпадению кислотных дождей, смогу и неудовлетворительному состоянию здоровья.
Во время большого нефтяного кризиса в 1970-х годах, европейские автомобильные компании начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого использования в качестве альтернативы бензину. Однако, те, кто попробовал их, были разочарованы - двигатели были очень громкими, и, когда потребители дизеля осматривали свои машины, то могли обнаружить их покрытыми чёрной копотью - той же сажи, ответственной за смог в больших городах.
За последние 30 до 40 лет, однако, огромные улучшения были сделаны в работе дизельного двигателя и чистоты дизельного топлива. Прямые впрыскивающие устройства в настоящее время контролируются передовыми компьютерами, которые контролируют сгорание топлива, повышение эффективности сокращения выбросов. Гораздо лучше рафинированные виды дизельного топлива, такие как дизтопливо с ультра низким содержанием серы в топливе (ULSD) снижает количество вредных выбросов. А модернизации двигателей, чтобы сделать их совместимыми с чистым топливом, становятся простой задачей. Другие технологии, такие как фильтры твёрдых частиц и каталитические нейтрализаторы, сжигают сажу и сокращают выбросы твёрдых частиц, оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. Постоянно совершенствуя стандарты для экологически чистого топлива, Европейский Союз также будет толкать автоотрасль работать усерднее над снижением выбросов.
Вы может также слышали такой термин как "биодизель ". Это то же самое, что дизельное топливо? Биодизель является альтернативой или добавкой к дизельному топливу, которая может использоваться в дизельных двигателях практически без модернизации самих двигателей. При этом, как видно из названия, биодизель изготавливается не из нефти, вместо этого он приходит к нам из растительных масел или животных жиров, которые были химически изменены. Интересный факт: сам Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.
Биодизель может быть использован либо в сочетании с обычным дизельным топливом, либо полностью самостоятельно. Вы можете прочитать больше об альтернативных видах топлива