Как работает дизельный двигатель автомобиля. Зажигание в дизельном двигателе
Есть ли свечи в дизельном двигателе?
Часто можно услышать, что в дизеле топливо "воспламеняется от сжатия", - однако эта формулировка не совсем точна, так как в ней пропущен крайне важный промежуточный этап. При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней сжимается не топливовоздушная смесь (как это происходит в бензиновом моторе), а только воздух. Сжимается - и при этом нагревается до температуры в 700-900 градусов. И топливо, впрыскивающееся в цилиндр в самом конце такта сжатия, воспламеняется не от сжатия, а от соприкосновения с раскаленным воздухом.
Однако все это без проблем работает, когда двигатель уже прогрелся до рабочей температуры, когда высокую температуру в цилиндре помогают поддерживать нагревшиеся стенки. А как быть в момент запуска мотора, когда температура воздуха внутри цилиндра несильно отличается от уличной. Особенно зимой - даже при очень высокой степени сжатия поршень не способен превратить "минус десять" в "плюс семьсот". Вот тут на сцену и выходят свечи. Только не зажигания, а накаливания. По сути они представляют собой нагревательные элементы, размещенные либо в самой камере сгорания (на моторах с непосредственным впрыском), либо в предкамере, куда выведена топливная форсунка. За считанные секунды - от 7 в случае с самыми дешевыми свечами и до 2 в случае с самыми продвинутыми - спрятанная внутри свечи спираль нагревается до 1000 градусов и нагревает окружающий воздух.
Впервые свечи накаливания появились на дизелях в конце двадцатых годов прошлого века. Впрочем, за прошедшие 90 лет их конструкция более чем заметно эволюционировала.
Сейчас на рынке присутствуют свечи разных брендов, отличающиеся и по конструкции, и по использующихся в них материалах. К примеру, в недорогих свечах нагревательная металлическая спираль спрятана в металлический стержень, а в дорогих - "запечена" в высокотехнологичную керамику, которая за счет высокого коэффициента теплопроводности нагревается быстрее и до более высоких температур, что позволяет сделать узел более компактным. Если раньше свечи выключались сразу после пуска двигателя, теперь они могут работать до момента, когда прогреется антифриз, - плюс начинают нагреваться, когда автомобиль движется накатом.
Так что же получается - владельцам автомобилей с дизелем не удастся сэкономить на свечах? В каком-то смысле получится, потому что срок службы у качественных свечей накаливания сейчас превышает 100 000 километров.
auto.vesti.ru
Как работает дизельный двигатель автомобиля
Согласно сложившимся представлениям, дизельные двигатели производят много шума, неприятно пахнут и не дают нужной мощности. Считается, что они пригодны лишь для грузовых автомобилей, фургонов и такси. Возможно, в 1980-х гг. все было так, однако с тех пор ситуация в корне поменялась. Дизельные двигатели и органы управления системами впрыска топлива стали гораздо более совершенными. В 1985г. в Великобритании было продано почти 65 000 автомобилей с дизельными двигателями (примерно 3,5% от общего количества проданных автомобилей). Для сравнения, в 1985г. было продано всего 5380. (данные, вероятно, для рынка США).
Основные части дизельного двигателя должны быть прочнее, чем части двигателя, работающего на бензине.
Зажигание. Для зажигания не требуются искры, т.к. смесь воспламеняется под действием компрессии.
Запальные свечи. Нагревают камеру сгорания при холодном старте.
Многие дизельные двигатели были созданы на основе бензиновых двигателей, однако их основные детали обладают повышенной прочностью и способны выдерживать высокое давление.
Топливо попадает в двигатель за счет нагнетательного насоса с дозатором, который обычно прикреплен к боку блока цилиндров. В системе не используется электрическое зажигание.
Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми является снижение эксплуатационных расходов. Дизельные двигатели обладают большей эффективностью за счет сильной компрессии и низкой стоимости топлива. Разумеется, цены на дизель могут варьироваться, поэтому автомобиль с дизельным двигателем обойдется вам дорого, если вы живете в регионе с высокими ценами на дизельное топливо. Кроме того, таким автомобилям реже требуется техобслуживание, однако замена масла для них организуется чаще, чем для автомобилей, которые работают на бензине.
Повышение мощности
Основным недостатком дизельных двигателей является их малая мощность по сравнению с бензиновыми двигателями равного объема.
Эту проблему можно решить, просто увеличив объем двигателя, однако зачастую это приводит к значительному утяжелению автомобиля.
Некоторые производители снабжают свои двигатели турбонагнетателями, чтобы повысить их конкурентоспособность. К примеру, производством турбодизелей занимаются Rover, Mercedes, Audi и VW.
Как работают дизельные двигатели
Впуск
При движении поршня вниз по цилиндру открывается впускной клапан, впускающий воздух.
Компрессия
Когда поршень доходит до нижнего основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Поршень поднимается, сжимая воздух.
Зажигание
Топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень доходит до верхнего основания. При этом топливо воспламеняется и снова приводит поршень в движение.
Выпуск
На обратном пути поршень открывает клапан выпуска, и отработанный газ выходит из цилиндра.
Четырехтактные дизельный и бензиновый двигатели работают по-разному, несмотря на то, что в их состав входят одинаковые компоненты. Основное отличие заключается в способе зажигания топлива и управления получаемой в результате энергией.
В двигателе, работающем на бензине, смесь воздуха и топлива зажигается от искры. В дизельном двигателе топливо воспламеняется под действием сжатого воздуха. В дизельных двигателях воздух сжимается в среднем в соотношении 1/20, в то время для бензиновых двигателей — это соотношение в среднем равно 1/9. Такое сжатие сильно нагревает воздух до температуры, достаточной для мгновенного воспламенения топлива, поэтому при использовании дизельного двигателя нет нужды в искрах или других способах зажигания.
Бензиновые двигатели поглощают очень много воздуха за один такт поршня (конкретный объем зависит от степени открытия отверстия дросселя). Дизельные двигатели всегда поглощают один и тот же объем, который зависит от скорости, при этом воздухопровод не оснащен дросселем. Его перекрывает один впускной клапан, а в двигателе отсутствует карбюратор и дисковый затвор.
Когда поршень достигает нижнего основания цилиндра, впускной клапан открывается. Под действием энергии от других поршней и импульса от махового колеса поршень отправляется к верхнему основанию цилиндра, сжимая воздух примерно в двадцать раз.
Как только поршень достигает верхнего основания, в камеру сгорания впрыскивается тщательно отмеренный объем дизельного топлива. Нагретый при сжатии воздух мгновенно воспламеняет топливо, которое расширяется при сгорании и снова отправляет поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.
Конструкция дизельного двигателя
Дизельный и бензиновый двигатель состоят из одинаковых частей, которые выполняют одни и те же функции. Тем не менее, части дизельного двигателя обладают повышенной прочностью, т.к. они призваны выдерживать большую нагрузку.
Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще стенок блока бензинового двигателя. Они укреплены дополнительными решетками, которые блокируют импульсы. Помимо этого, блок дизельного двигателя эффективно поглощает шумы.
Поршни, шатуны, валы и крышки корпуса подшипников изготавливаются из самых прочных материалов. Головка цилиндра дизельного двигателя имеет особый вид, связанный с формой форсунок, а также формами камеры сгорания и вихрекамеры.
Впрыск
Для плавной и эффективной работы любого двигателя внутреннего сгорания требуется правильная смесь воздуха и топлива. Для дизельных двигателей эта проблема особенно актуальна, т.к. воздух и топливо подаются в разное время, смешиваясь внутри цилиндров.
Впрыск топлива в двигатель может быть прямым и непрямым. По сложившейся традиции чаще используется непрямой впрыск, т.к. он позволяет создавать вихревые потоки, которые смешивают топливо и сжатый воздух в камере сгорания.
Прямой впрыск
При прямом впрыске топливо опадает прямо в камеру сгорания, расположенную в головке поршня. Такая форма камеры не позволяет смешивать воздух с топливом и поджигать получившуюся смесь без жесткого стука, характерного для дизельных двигателей.
В двигателе с непрямым впрыском обычно присутствует небольшая спиральная вихрекамера (форкамера). Перед попаданием в камеру сгорания топливо проходит через вихрекамеру, и в нем образуются вихревые потоки, обеспечивающие лучшее смешивание с воздухом.
Недостатком такого подхода является то, что вихрекамера становится частью камеры сгорания, а значит, вся конструкция приобретает неправильную форму, вызывает проблемы при сгорании и негативно влияет на эффективность работы двигателя.
Непрямой впрыск
При непрямом впрыскивании топливо попадает в небольшую форкамеру, а оттуда - в камеру сгорания. В результате конструкция приобретает неправильную форму.
Двигатель с прямым впрыском не оборудован вихрекамерой, и топливо прямиком попадает в камеру сгорания. При проектировании камер сгорания в головке поршня инженеры должны уделять особое внимание их форме, чтобы обеспечить достаточную силу вихрей.
Запальные свечи
Чтобы разогреть головку блока цилиндров и блок цилиндров перед холодным стартом, в дизельных двигателях используются запальные свечи. Короткие и широкие свечи являются составной частью электросистемы автомобиля. При включении питания элементы в свечах очень быстро нагреваются.
Запальные свечи включаются при особом повороте колонки рулевого управления или с помощью отдельного переключателя. В последних моделях свечи выключаются автоматически, как только двигатель разогревается и разгоняется до скорости, превышающей скорость холостого хода.
Управление скоростью
В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.
Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.
Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном - отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос. После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.
Как заводится дизельный двигатель
Дизельные двигатели, подобно бензиновым, заводятся при включении электромотора, запускающего цикл сжатия и воспламенения. Тем не менее, при низкой температуре дизельные двигатели заводятся с трудом, потому что сжатый воздух не разогревается до температуры, необходимой для воспламенения топлива.
Для решения этой проблемы производители изготавливают запальные свечи. Запальные свечи представляют собой питаемые от батареи электроотопители, которые включаются за несколько секунд до запуска двигателя.
Дизельное топливо
Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно не проходит очистку, а потому представляет собой вязкую тяжелую жидкость, которая испаряется довольно медленно. Благодаря этим физическим свойствам дизельное топливо иногда называют дизельным маслом или мазутом. В сервисных центрах и на заправках автомобили, работающие на дизельном топливе, часто называют дервами (от diesel-engined road vehicles).
В холодную погоду дизельное топливо быстро густеет или даже замерзает. Кроме того, в нем содержится небольшое количество воды, которая также может замерзнуть. Все виды топлива поглощают из атмосферы воду. Более того, она нередко проникает в подземные резервуары. Допустимое содержание воды в дизельном топливе - 0,00005-0,00006%, т.е. четверть стакана воды на 40 литров топлива.
Лед или водяная пробка может заблокировать топливопроводы и форсунки, что делает невозможной работу двигателя. Именно поэтому в холодную погоду можно увидеть водителей, которые пытаются подогреть топливопровод с помощью паяльника.
В качестве превентивной меры можно возить с собой дополнительный бак, однако современные производители уже добавляют в топливо примеси, которые позволяют использовать его при температуре выше -12-15°C.
17koles.ru
Дизелинг: что это такое?
В процессе эксплуатации ДВС можно столкнуться с явлением, когда мотор после выключения зажигания продолжает работать. Двигатель дергается определенное время, обороты в этот момент повышаются и падают. Отметим, что данные симптомы ошибочно понимают как детонацию или КЗ (калильное зажигание). Необходимо добавить, что малые нагрузки на мотор в режиме холостого хода означают низкое давление и температуру в цилиндрах силового агрегата. Отсюда следует вывод, что детонация на холостых оборотах является невозможным явлением.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое детонация двигателя. Из этой статьи вы узнаете об основных причинах возникновения детонации, а также о последствиях детонационного сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах ДВС. В то же самое время проблема кратковременной работы двигателя после выключения зажигания и прекращения подачи искры продолжает встречаться достаточно часто. Далее мы рассмотрим, что заставляет бензин воспламеняться самостоятельно без участия внешнего источника, исключив из списка неисправностей детонацию и КЗ.
Читайте в этой статье
Воспламенение топлива и степень сжатия
Для лучшего понимания данной проблемы бензинового ДВС необходимо обратить внимание на принцип воспламенения смеси в дизельном агрегате. Как известно, у моторов на солярке нет свечей зажигания, а также в дизельных ДВС степень сжатия намного выше по сравнению с бензиновыми аналогами. Дизтопливо нагревается от сжатия и самостоятельно воспламеняется от такого нагрева.
Что касается бензиновых моторов, степень сжатия у них меньше. По этой причине температура сжатой смеси в цилиндрах оказывается не такой высокой, как в дизелях. Для нормальной работы бензинового агрегата смесь своевременно поджигается от внешнего источника (искра свечи зажигания).
Сам бензин менее склонен к воспламенению, особенно на относительно высоких оборотах коленвала. Но это не значит, что данный вид топлива абсолютно не способен самостоятельно воспламениться при определенных условиях.
Читайте также
Как проявляется дизелинг
После отключения зажигания происходит закономерное снижение частоты вращения коленвала. В этот момент бензин, в случае его проникновения в цилиндры, успевает прогреться и воспламениться самостоятельно, то есть без участия искры от свечи. Далее происходит отдача энергии на поршень, что заставляет коленчатый вал увеличить обороты.
После увеличения частоты вращения коленчатого вала бензину снова не достаточно времени для самостоятельного воспламенения, в результате чего коленвал замедляется. Так может повторяться несколько раз. Водитель ощущает подобную работу мотора в виде рывков, тряски и дерганий двигателя после отключения зажигания. Указанные рывки вызваны хаотично увеличивающейся и затем снижающейся частотой вращения коленвала. Примечательно то, что процесс самовоспламенения бензина в этот момент аналогичен дизельному, а само явление получило название «дизелинг». Вполне очевидно, что дизелинг не является детонацией, а также отличается от калильного зажигания.
Дизелинг и калильное зажигания
В списке основных причин, по которым мотор может не глохнуть после отключения зажигания, отмечены КЗ и дизелинг. Дизелинг бензинового мотора по своей природе отличается от калильного зажигания и возникает в результате:
- использования низкооктанового топлива;
- увеличения степени сжатия двигателя;
КЗ представляет собой самостоятельное воспламенение топливно-воздушной смеси от раскаленных поверхностей (свеча зажигания, выпускной клапан, тлеющий нагар). Дизелинг также является самопроизвольным воспламенением бензина, но данное явление происходит в большей мере от сжатия, а уже затем от контакта с нагретыми поверхностями. Калильное зажигание предполагает нарушения процесса сгорания смеси в тот момент, когда свечи подают искру. Результатом становится несвоевременное воспламенение смеси, формирование фронта пламени в непредусмотренном конструкцией месте, рост нагрузок на ЦПГ и КШМ, нарушение теплообмена в цилиндрах и т.д. Калильное зажигание менее разрушительно сравнительно с детонацией, но также может привести к перегревам поршней, оплавлению свечей зажигания, прогарам клапанов и т.д.
Если же двигатель не останавливается после выключения зажигания и продолжает неустойчиво работать, тогда подобное явление никак не является КЗ. Более того, эксперты в области двигателей, которые конструктивно основаны на принципе калильного зажигания, отмечают устойчивость работы подобных ДВС на любых режимах. Моторы с калильным зажиганием имеют отличительную особенность, которая заключается в усиленном нагреве источника такого зажигания уже после воспламенения смеси. Благодаря такому свойству калильный двигатель всегда работает «ровно». В случае с дизелингом силовой агрегат сильно дергается, то есть такая работа мотора предельно неустойчива.
Что в итоге
Дизелинг является неисправностью, которая в большей мере присуща двигателям с высокой степенью сжатия. Вторым по значимости фактором является исправность работы системы охлаждения и расчетная рабочая температура конкретного мотора.
Менее технологичные силовые агрегаты имеют низкую компрессию и степень сжатия, предполагая работу на бензине с низким октановым числом. Давление и температура в цилиндрах указанных ДВС зачастую не достигает таких показателей, при которых может проявиться дизелинг после остановки двигателя.
Напоследок добавим, что большинство двигателей сегодня работают по такому принципу, когда выключение зажигания означает одновременное прекращение топливоподачи. Если на новой машине двигатель «дергается» после отключения зажигания, тогда высока вероятность выхода из строя блокирующих систем или возникновения проблем в отдельных элементах системы питания двигателя.
Читайте также
krutimotor.ru
