Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее 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 чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800^оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.

ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Существует несколько типов дизельных двигателей, 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 применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было 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 его 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. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).

УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Важнейшей системой дизеля 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 топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.

ТНВД — топливный насос высокого давления.

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный 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 внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.

ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Форсунки дизеля.

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 очень 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 дизеля.

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 ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ?

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^оС, 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^оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

ТУРБОНАДДУВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя. 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».

Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.

СИСТЕМА COMMON-RAIL ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

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. 

Современные подходы к диагностированию дизельных двигателей внутреннего сгорания

Вестник Новосибирского государственного педагогического университета, 2013, Т. 3, № 2, С. 59–68

© Крашенинников С. В., 2013

УДК: 

629.113

Крашенинников С. В.¹ (Новосибирск, Россия)

¹ Новосибирский государственный педагогический университет

Аннотация: 

В статье анализируются эффективные методы и способы технического диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания, выделяются наиболее перспективные из них. Определяется перечень первоочередных параметров технического состояния, подлежащих диагностированию в условиях эксплуатации. Цель статьи – показать основное направление в развитии средств, методов и способов технического диагностирования топливных систем дизельных двигателей. Рассмотрены вопросы построения технических средств диагностирования на основе микропроцессорной техники.
В частности, рассматривается вариант построения технического устройства для контроля и диагностирования топливных систем дизельных двигателей внутреннего сгорания по параметрам рабочих процессов на базе аналогово-цифрового преобразователя и персонального компьютера. Проанализированы варианты получения характеристик впрыскивания топлива с использованием накладных датчиков давления. Показано преимущество использования данного устройства в совокупности с накладными датчиками давления при оценке технического состояния топливных систем дизельных двигателей. В заключении делаются выводы, характеризующие основные направления развития систем технического диагностирования топливной аппаратуры дизельных двигателей.

Ключевые слова: 

диагностирование, топливная система, дизельный двигатель внутреннего сгорания, диагностическое устройство.

Библиографическая ссылка:

Крашенинников С. В. Современные подходы к диагностированию дизельных двигателей внутреннего сгорания // Вестник Новосибирского государственного педагогического университета. – 2013. – № 2. – С. 59–68.

Список литературы: 

1. Гюнтер Г. Диагностика дизельных двигателей. Серия «Автомеханик». – М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. – 176 с.
2. Лившиц В. М., Крашенинников С. В., Пятин С. П. Перспективные разработки в области диагностики автотракторных дизелей // Вестник ИрГСХА, раздел «Механизация. Электрификация». – Иркутск : ИрГСХА. – 2010. – Вып. 38. – С. 77–81.
3. Крашенинников С. В., Пятин С. П. Диагностика топливной аппаратуры дизельного двигателя // Сельский механизатор. – 2010. – № 7. – С. 30–31.
4. Дабровски З., Завица М. Исследование чувствительности виброакустических сигналов к механическим повреждениям которые не распознаются системой бортовой диагностики у дизельных двигателей внутреннего сгорания // Diffusion and Defect Data Pt. B: Solid State Phenomena, 2012. – С. 194–199.
5. Гор Д. А., Кук Г. Ж. Бесконтактные методы диагностики дизельного двигателя основанные на анализе формы волны выхлопных газов / Доклад сделан в Ряде Технических документов SAE. – 1987. – 8 с.
6. Lapuerta Magín, Armas Octavio, Hernández Juan José, Tsolakis Athanasios Potential for reducing emissions in a diesel engine by fuelling with conventional biodiesel and Fischer–Tropsch diesel // Fuel, Volume 89, Issue 10, October 2010, Pages 3106-3113

Дата публикации 20.04.2013

Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания (Патент)

Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания (Патент) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Двигатель внутреннего сгорания снабжен устройством автоматического предотвращения термических и механических нагрузок в периоды перегрузок и питания двигателя с максимально возможным экономичным расходом топлива. В предпочтительном варианте устройство связано с регулятором частоты вращения главного дизельного двигателя корабля. Устройство включает в себя систему, приводимую в действие значительными перемещениями регулятора для регулирования топливного насоса или насосов или снижения частоты вращения двигателя до более экономичного и безопасного уровня. Могут быть предусмотрены средства для блокировки системы в аварийных ситуациях.

Изобретатели:

Свердлин А

Дата публикации:

1981-04-21

Идентификатор ОСТИ:

6422993

Номер(а) патента:

США 4262642

Правопреемник:

МФУ; ЭДБ-81-099067

Тип ресурса:

Патент

Отношение ресурсов:

Дата подачи заявки на патент: Дата подачи 27 февраля 1979 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; 32 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, ПОТРЕБЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ; ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВА; КОРАБЛИ; СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ; ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО; НАСОСЫ; НАПРЯЖЕНИЯ; ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ; ДВИГАТЕЛИ; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; НЕФТЯНЫЕ ПРОДУКТЫ; 330102* — Двигатели внутреннего сгорания — дизельные; 320204 — Энергосбережение, потребление и использование — Транспорт — море и вода

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Свердлин А. Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания . США: Н. П., 1981. Веб.

Копировать в буфер обмена

Свердлина, А. Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Свердлин, А. 1981. «Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_6422993,
title = {Устройство для снижения расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания},


автор = {Свердлин А},
abstractNote = {Двигатель внутреннего сгорания снабжен устройством для автоматического предотвращения термических и механических нагрузок в периоды перегрузок и для питания двигателя с максимально возможным экономичным расходом топлива. В предпочтительном варианте устройство связано с регулятором частоты вращения главного дизельного двигателя корабля. Устройство включает в себя систему, приводимую в действие значительными перемещениями регулятора для регулирования топливного насоса или насосов или снижения частоты вращения двигателя до более экономичного и безопасного уровня. Могут быть предусмотрены средства для отключения системы в аварийных ситуациях.},
дои = {},
URL = {https://www.osti.gov/biblio/6422993}, журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1981},
месяц = ​​{4}
}

Копировать в буфер обмена

---

Полный текст можно найти в Ведомстве США по патентам и товарным знакам.

---

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

• Аналогичные записи

Устройство управления остановом двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine (Патент)

ETDEWEB   / / Устройство управления остановом двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine

Устройство управления для остановки двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine

• Полная запись

Аннотация

Быстрая остановка дизеля внутреннего сгорания путем опустошения всасывающей полости (16) ТНВД (10), питающего дизель топливом под давлением впрыска, должна обеспечиваться устройством управления (14). Устройство управления (14) имеет два механических и, следовательно, постоянно приводимых в действие насоса (18, 20), которые работают вместе с простым и дешевым регулирующим клапаном (12) через полый цилиндрический клапанный элемент (68), который образует регулирующие кромки на его две поверхности (72, 78). Клапан управления (12) нечувствителен к загрязнениям благодаря своей конструкции и небольшим размерам, поэтому его можно разместить в крышке управления ТНВД (10). Это устройство особенно подходит для впрыска под высоким давлением в дизельных двигателях для достижения резервного безопасного метода работы.

Кригер, К.

11 октября 1990 г.

Патент

ДЭ 3911559; А1

ДЭ-92-014086; ЭДБ-92-177772

Дата файла патента: 8 апреля 1989 г.

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ДВИГАТЕЛЯ; ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ; СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА; ЭКСПЛУАТАЦИЯ; СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ; ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ОБОРУДОВАНИЯ; НАСОСЫ; КЛАПАНЫ; КОНТРОЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ДВИГАТЕЛИ; ОБОРУДОВАНИЕ; РЕГУЛЯТОРЫ ПОТОКА; ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; 330102* — Двигатели внутреннего сгорания — Дизель

7053471

Германия

немецкий

Доступен в Deutsches Patentamt, Мюнхен (Германия)

Страниц: (ст. )

13 мая 2001 г.

Форматы цитирования

• МДА
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Кригер, К. Устройство управления остановом двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine. Германия: Н. п., 1990. Веб.

Кригер, К. Устройство управления остановом двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine. Германия.

Кригер, К. 1990. «Устройство управления остановом двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine». Германия.

@misc{etde_7053471,
title = {Устройство управления отключением двигателя внутреннего сгорания. Steuereinrichtung zum Stillsetzen einer Brennkraftmaschine}
author = {Krieger, K}
abstractNote = {Быстрая остановка дизельного двигателя внутреннего сгорания путем опорожнения всасывающего пространства (16) топливного насоса высокого давления (10), подающего топливо в дизельный двигатель при давление впрыска должно обеспечиваться устройством управления (14). Устройство управления (14) имеет два механических и, следовательно, постоянно приводимых в действие насоса (18, 20), которые работают вместе с простым и дешевым регулирующим клапаном (12) через полый цилиндрический клапанный элемент (68), который образует регулирующие кромки на его две поверхности (72, 78).