Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Дизельный двигатель конструктивно не отличается от силового агрегата на дизеле. Ключевой особенностью, отличающей его, является только принцип работы. Первые двигатели на дизельном топливе появились еще в начале двадцатого века и эксплуатировались на судах, тракторах, тепловозах. На закате эпохи двадцатого века автодизель, как еще называют силовой аппарат на дизельном топливе, начали эксплуатировать на автомобилях.

Впервые, ТНВД или топливный насос высокого давления был усовершенствован немцем Бош в двадцатые годы прошлого столетия. С этого момента можно считать и началось усиленная популяризация данного двигателя. Теперь этот мотор стали использовать не только на судах и станках, но и на тепловозах и дизель-поездах. Так называли в прошлом веке рельсовые автобусы.

Двигатель внутреннего сгорания на дизеле отличается по мощности от бензинового в лучшую сторону. Но многие начинающие автовладельцы не разбираются в них и не понимают, что такое дизель, а что такое двигатель на бензиновом топливе.

Давайте рассмотрим конструкцию дизельного силового агрегата в подробностях, чтобы узнать, как он устроен и принцип работы.

Устройство системы дизельного двигателя

Изнутри мотор на дизеле изготовлен из следующих блоков:

• цилиндры и поршни;
• форсунки;
• клапаны впуска и выпуска;
• нагнетающий давление компрессор;
• охладитель воздушных масс.

Виды дизельного двигателя классифицируются по конструкциям камер сгорания. Их всего три:

1. Отдельные камеры сгорания. Автодизель в таких аппаратах попадает в одну камеру. Ее можно увидеть, если раскрутить ГБЦ. Затем масса в вихревой камере сжимается до самого минимума. Начинается воспламенение ее, и только потом воспламененная воздушная масса приходит в первую камеру.
2. Неразделенная. Схема работы подобного силового аппарата проста. Камера находится в поршне, а топливо подается в образующееся пространство над поршнем. Особенности такого мотора заключаются в экономии горючего. Однако шумность работы его повышается.
3. Предкамерные силовые агрегаты. Это третья разновидность двигателей внутреннего сгорания на дизеле. Они оснащаются вставной форкамерой. Она подсоединяется с цилиндрами путем специальных трубок. Именно от этих трубок, точнее от их размеров и форм будет зависеть экономичность потребления горючего, экологичность выбросов, шумность и мощность мотора.

Степень сжатия в камерах разных видов дизельного двигателя различная. Но однозначно, что она намного выше, чем у бензинового. А рабочий процесс начинается с попадания воздушной массы в камеру сгорания, где она должна разогреться до определенной температуры.

Силовые аппараты на дизеле могут быть как двухтактными, так и четырех-тактными. В последнее время компании стали выпускать по большей части четырех-тактные двигатели. Они надежней и мощнее, чем двухтактные.

На морских судах используются реверсивные моторы на дизеле. Также такие же моторы применялись ранее на тепловозах. Подобные силовые агрегаты нужны были для того, чтобы механизм мог двигаться назад.

Теперь вы знаете, как устроены современные дизельные двигатели, которые работают в автомобилях. Давайте посмотрим на принцип работы таковых.

Принцип работы дизельного двигателя

Принцип работы двигателя на дизельном топливе таков:

• поршень снижается до нижнего своего положения;
• свежие воздушные массы прибывают в пространство, оставшееся после того, как поршни опустились в самую нижнюю точку;
• поршень подымается до упора, воздушная масса постепенно нагревается;
• поршень доходит до высочайшей точки подъема, температура нагрева смеси достигает 800 градусов по Цельсию;
• теперь происходит впрыск топлива в камеру двигателя внутреннего сгорания. Горючее и воздух возгораются, так как происходит воспламенение топлива из-за соприкосновения с горячими воздушными массами.

Из-за горения смеси внутри камеры образуется шум, который водитель может слышать во время работы дизельного мотора. Процесс полного сгорания даже небогатой топливной жидкости способствует высокому крутящему моменту силового агрегата. Поэтому дизельные движки считаются экономичными и мощными, в отличие от бензиновых моторов.

Внимание! Процесс горения воздушных масс длится столько, сколько нужно для, чтобы произошел впрыск горючего. Поэтому вся работа мотора происходит при постоянном давлении разгоряченных газов. Это сказывается на долговечности мотора.

Опытные механики говорят, что для дизельных двигателей важным является присутствие чистого воздуха. Поэтому воздушные фильтры необходимо чистить и менять на втором техническом обслуживании во избежании непроходимости воздушной смеси. Иначе слабый доступ воздуха приведет к проблемам в работе движка.

Теперь давайте посмотрим, как устроена топливная система мотора на дизеле.

Устройство топливной системы

Список устройств, входящих в дизельный двигатель, был дан выше. Здесь будет рассмотрено его строение в подробностях. Вы узнаете, что из себя представляет ТНВД дизельного ДВС, какие используются форсунки. Как и когда надо менять масло и топливный фильтр.

ТНВД – это топливный насос высокого давления в дизельном моторе. Он подключается к форсункам и подает в них горючее. Производитель устанавливает параметры, по каким он должен работать. Эти параметры зависят от количества оборотов и давления турбонаддува.

Сегодня изготавливается и устанавливается в силовые аппараты один из типов топливных насосов высокого давления: рядный или плунжерный, распределительный.

Форсунки

В систему дизельного двигателя входят и форсунки. Устройства распыляют и подают дизель в камеру сгорания. В этих устройства находится распределитель, который задает форму пламени.

Существует также два вида форсунок. Одни с дырчатым распределителем, другие с шрифтовым.

Топливный фильтр

Топливное фильтрующее устройство – это «печень» дизельного двигателя. Фильтр принимает на себя грязное топливо и очищает его. Опытные механики советуют заменять топливный фильтр через каждые 15 000 километров или чаще, если горючее плохое.

При плохо работающем топливном фильтре в дизельном двигателе начинаются проблемы с мощностью, тягой. Что в конечном итоге приводит к поломке движка.

Дополнительные компоненты двигателя

В конструкции дизельного двигателя присутствуют и другие детали. Например, турбина. Многие моторы оснащаются турбонаддувом для увеличения мощности. Обычные же атмосферники не имеют такого устройства.

Давайте рассмотрим, что такое турбонадув и из чего он состоит.

Принцип работы турбины

Большое количество воздуха подается в цилиндры через турбонаддув. Также увеличивается подача горючего во время рабочего цикла. Все это позволяет увеличить мощность мотора.

Так как давление насоса в дизельном двигателе выше и постоянное, то это помогает избежать турбоям, которые часто присутствуют на бензиновом моторе. Которыми также часто недовольны владельцы бензиновых турбодвигателей.

Принцип работы турбины таков:

1. Отработанные газы проходят через компрессор.
2. Они постепенно раскручивают колесо турбины.
3. Затем вращение турбинного колеса передается компрессорному. Так происходит потому, что они оба установлены на одном валу.
4. Под действием вращения турбокомпрессор сжимает воздух. Затем последний поступает в интеркулер.
5. Здесь он начинает охлаждаться. Потом поступает снова в цилиндры силового агрегата.

Таким образом работает турбинное устройство. Дизельный двигатель запускается даже при отрицательных температурах внешней среды. Свечи накаливания разогревают воздушную смесь до 900 градусов. Именно поэтому сквозь турбины в цилиндры могут поступать холодные воздушные массы.

Турбонаддув он же турбонагнетатель состоит из

Турбонаддув дизельных двигателей состоит из следующих компонентов:

• воздухозаборник;
• компрессор;
• клапан для регулировки отработанных газов;
• заслонка для дросселя;
• фильтрующее устройство;
• интеркулер для охлаждения воздушных масс;
• давления датчики;
• коллектор впуска;
• соединительные трубки.

В свою очередь в турбину входят элементы:

• подшипники, которые создают вращение ее;
• чехол на турбине;
• чехол на компрессоре;
• сталистая сетка.

Есть разные виды турбонаддувов и их особенности. Так, например, в турбине с изменяемой геометрией измененное сечение входного клапана регулирует поток отработанных газов. Два компрессора устанавливаются последовательно для того, чтобы за каждый режим работы отвечало одно из устройств, а не два за все или одно за все режимы работ.

Если же компрессоры в моторе установлены параллельно, то турбоямы становятся еле ощутимы. Механический и автоматический турбьонаддув, установленные вместе, способствуют увеличенную мощности. Например, первый включается при низких оборотах, а второй при высоких.

Цикл работы турбонаддува

Теперь вы знаете, что такое турбонаддув и как он работает. Давайте посмотрим, каков его цикл.

1. Турбокомпрессор создает вакуум. Внутрь турбонаддува всасываются воздушные массы.
2. Дальше в работу вступают роторы.
3. Интеркулер охлаждает воздушные массы.
4. Впускной коллектор пропускает через себя холодный воздух. Но перед тем, как он попадет в него, воздушные массы проходят очистку через воздушные фильтрующие устройства.
5. Когда воздух будет набран до достаточного количества, клапан закроется.
6. Уже отработанные воздушные массы проходят в турбину силового агрегата внутреннего сгорания и давят на ротор.
7. Скорость вращения самой турбины и ее вала увеличивается до 1500 оборотов в секунду.

Таким образом за счет всех этих действий образовывается давление, которое и увеличивает мощность дизельного двигателя.

Интеркулер и форсунка

Интеркулер для двигателя на дизеле был создан, чтобы не подвергать каждодневному ремонту детали мотора. Детали двигателя при действии на них высоких температур подвергаются быстрому износу. Чтобы такого не происходило, были созданы интеркулера.

Топливо, подающееся через форсунки, правильно распределяется и в нужном количестве. Поэтому не происходит детонации при правильном расположении угла подачи.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Дизельные двигатели славятся мощностью и надежностью, но и не только этим. Давайте посмотрим, какие новые системы дали двигателям вторую жизнь. Например, одним из компонентов, разработанных для современных движков, стала система Common Rail.

Питание Common Rail ставится на аппараты на дизеле с девяносто седьмого года прошлого столетия. По сути, она является усовершенствованным способом поступления топлива в камеру сгорания, повышает давление. Изготовление, которого не зависит от скорости вращения силового агрегата или давления.

Ключевым различием Common Rail от обычного ТНВД является то, что последний нужен просто для увеличения давления в топливной магистрали. Насос не дозирует цикловую подачу дизеля и не регулирует поступление его.

На низких оборотах такой аппарат работает без задымления при большей цикловой подаче автодизеля. У него – высокий вращающий момент происходит и при низких оборотах. Такая функция делает машину «отзывчивой» в движении.

Поэтому в РФ на две тысячи седьмой почти все моторы грузовиков были переделаны на дизельные аппараты. Теперь производительность и эффективность их повысилась в несколько раз если приравнивать к тому, что было до этого.

В использованных газах аппарата на дизеле находится малое количество оксида углерода. Также силовой агрегат на дизеле экономичен, если приравнивать его к бензиновому, на тридцать, а то и пятьдесят процентов. Так происходит потому, что в моторе на дизеле степень сжатия воздуха доводится до больших чисел, если сравнивать со степенью сжатия топливной смеси в силовых агрегатов на бензине.

Единственным минусом дизельных моторов с турбонаддувом является сам турбокомпрессор. Так как срок деятельности турбины всего 75 000 километров, то автовладельцам приходится заменять ее, устанавливая новую. Поэтому многие водители не хотят таких растрат и мучений, покупают обычные атмосферные движки на дизеле.

Хотя среди молодого поколения все больше становится поклонников турбодизелей. Некоторые даже увеличивают мощность в турбине, тюнингуют старые атмосферные движки. Поэтому дизельные моторы стали все больше пользоваться популярностью, чем бензиновые.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое дизельный двигатель и принцип его работы. Покупать машину с ним или без него – решать вам. Опытные механики говорят, что дизельные мотора реже других появляются на ремонте, даже на капитальный ремонт попадают через 150 000 километров. Если правильно и вовремя ухаживать за дизельным мотором, он прослужит долго и пройдет те заветные полмиллиона километров без капитального ремонта.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель, наряду с бензиновым, является одним из двух самых распространенных типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Принцип его работы базируется на самовоспламенении воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры сжигания под давлением.

Благодаря этому горючее нагревается и самовоспламеняется, что является главным отличием дизельного двигателя от бензинового и выступает основной причиной всех конструктивных и эксплуатационных изменений в силовом агрегате этого типа, а также напрямую влияет на сферу применения и частоту его использования. В статье подробно рассматривается история создания и совершенствования дизельного двигателя, устройство и принцип работы подобного оборудования, а также его основные отличия и преимущества по сравнению с бензиновой силовой установкой.

История создания и совершенствования

Первые научные разработки, касающиеся возможности использовать для воспламенения горючего в тепловой машине сжатого до высокого давления топлива, были осуществлены в 20-30-х годах 19-го века. На практике этот принцип был реализован выдающимся немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем, который в 1892 году оформил патент на изобретение двигателя оригинальной конструкции, получивший название дизель-мотор в честь его создателя. Через 3 года документ был признан США. В течение нескольких лет Дизель зарегистрировал еще несколько патентов на различные модификации дизельного двигателя.

Первый работающий агрегат был изготовлен в конце 1896 года, а его испытания прошли практически сразу – 28 января следующего года. В качестве горючего первые дизельные двигатели использовали растительные масла и легкие нефтепродукты. Силовая установка практически сразу же стала показывать высокий КПД, будучи еще и очень удобной в эксплуатации. Но в первые годы после изобретения дизельные двигатели применялись, главным образом, в тяжелых паровых машинах.

Существенно расширить сферу практического использования дизельных агрегатов позволили два ключевых усовершенствования. Первое заключалось в применении в качестве топлива керосина, что первым использовал в 1898 году другой великий инженер того времени – родившийся в России швед Рудольф Нобель. Вторым серьезным рационализаторским решением стало изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД), который заменил используемый ранее для сжатия горючего компрессор.

Серьезный вклад в усовершенствования ТНВД внес в 20-е годы 20-го века Роберт Бош. Он изобрел и внедрил модель встроенного насоса и бескомпрессорной форсунки, применение которых привело к существенному уменьшению габаритов дизельного двигателя, что, в свою очередь, позволило устанавливать его сначала на общественный и грузовой транспорт, а во второй половине 30-х годов – впервые использовать на легковых машинах. Дальнейшие улучшения рассматриваемого агрегата, в частности использование специального дизельного топлива, позволили силовой установке на этом типе горючего успешно конкурировать с бензиновыми двигателями, постоянно увеличивая занимаемую долю рынка.

Отличие от бензинового двигателя

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового было упомянуто выше. Оно состоит в отсутствии системы зажигания, что объясняется использованием принципа самовоспламенения топливно-воздушной смеси в результате нагнетания давления и вызванного этим нагрева горючего. Необходимо отметить несколько ключевых следствий разницы между рассматриваемыми типами силовых установок.

Главные положительные для дизельного двигателя моменты состоят в следующем. Во-первых, отсутствие системы зажигания делает конструкцию агрегата заметно проще, повышая надежность и долговечность. Во-вторых, компрессионное воспламенение топлива обеспечивает более полное и эффективное сгорание, в результате чего повышается КПД силовой установки и снижается количество вредных выбросов.

Основным негативным следствием указанного выше отличия между двигателями внутреннего сгорания выступают более существенные требования к прочности и качеству изготовления клапанов и других деталей дизельных агрегатов. Это связано с тем, что они эксплуатируются под серьезной нагрузкой, связанной с повышенным давлением топливно-воздушной смеси.

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы – турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Принцип работы

Дизельные двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Первый вариант в сегодняшних условиях используется крайне редко, а потому детально рассматривать его попросту не имеет смысла. Стандартный принцип работы обычного четырехтактного двигателя предполагает, что вполне логично, 4 основных этапа:

1. Впуск. Коленвал поворачивается в диапазоне между 0 и 180 градусами. На этой стадии воздух подается в цилиндр.

2. Сжатие. Положение коленвала изменяется со 180 до 360 градусов. Это обеспечивает движение поршня к так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), что приводит к сжатию воздуха в цилиндре в 16-25 раз.

3. Рабочий ход с последующим расширением. Коленвал осуществляет перемещение между 360 и 540 градусами. В камеру сжигания через форсунки впрыскивается топливо, которое при смешивании с воздухом воспламеняется. Это происходит чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ.

4. Выпуск. Коленвал завершает оборот, перемещаясь между 540 и 720 градусами. В результате очередного перемещения поршня в верхнюю часть цилиндра из камеры сгорания удаляются отработанные газы. После этого цикл начинается заново.

Основные разновидности

Основным параметром, который используется для классификации дизельных двигателей, выступает конструкция камеры сжигания. По этому параметру различают два основных типа рассматриваемых силовых установок, на которых используется

· разделенная камера сгорания. Подача горючего производится в специальную камеру, которая называется вихревой и размещается в головке блока, соединяясь с цилиндром при помощи канала. Наличие такого дополнительного элемента позволяет добиться увеличения уровня нагнетания, что положительно сказывается на способности смеси к самовоспламенению;

· неразделенная камера сгорания. Более простая, а потому надежная конструкция, при использовании которой топливо подается непосредственно в пространство над поршнем, которое и выступает камерой сгорания. Это позволяет заметно снизить расход топлива, что, наряду с надежностью механизма, стало ключевой причиной широко распространения именно такого типа дизельных двигателей.

Особенно популярными дизельные агрегаты с неразделенной камерой сгорания стали после появления ТНВД системы Common Rail. Ее использование позволяет обеспечить оптимальный уровень давления, количества и времени впрыскивания топлива для последующего сжигания. Таким образом, достигаются все основные преимущества двигателей с разделенной камерой сгорания без присущих им недостатков.

Основные достоинства и недостатки

Широкое распространение и успешная конкуренция дизельных двигателей с бензиновыми объясняется рядом впечатляющих преимуществ. Главными из них выступают:

· КПД, достигающий 40% на обычных установках и 50% на дизельных двигателях с турбонаддувом. Такие показатели являются попросту недосягаемыми для агрегатов, использующих в качестве топлива бензин;

· мощность. Крутящий момент дизельного двигателя обеспечивается даже на малых оборотах, что гарантирует автомобилю уверенный и быстрый разгон;

· экологичность. Сгорание топлива под высоким давлением приводит к уменьшению количества образующихся в процессе эксплуатации двигателя выхлопных газов. В сегодняшних условиях этому плюсы дизелей придается все большее значение;

· надежность. Как правило, моторесурс дизельного агрегата примерно в полтора-два раза превосходит аналогичный показатель бензинового конкурента. Кроме того, отсутствие системы зажигания позволяет избавиться от многих традиционных проблем двигателей на бензине, например, слабой искры на свечах или их залива.

В числе недостатков, присущих дизельному двигателю, прежде всего, необходимо выделить два. Первый – это несколько более высокая стоимость транспортных средств, оборудованных этим типом силовой установки. Разница в цене обычно варьируется от 10 до 20%.

Второй минус – необходимость существенных эксплуатационных расходов. Это объясняется серьезными требованиями к качеству изготовления и уровню технического обслуживания автомобилей с дизельными двигателями. Однако, обращение в солидную компанию за приобретением, а также последующим обслуживанием, комплектованием и ремонтом сведет к минимуму недостатки агрегата, оставив в полной сохранности его впечатляющие достоинства.

Инжекторный и карбюраторный двигатели — в чем отличие. Преимущества с недостатками дизелей и многое другое

Двигатель – самая важная часть автомобиля. Именно благодаря этому агрегату машина приводится в движение. Нет двигателя – машина превращается в обычную повозку. Телегу. Только в эту телегу лошадей не запрячь.

При помощи двигателя энергия сгорания топлива или энергия электрическая преобразуются в механическую энергию, которая необходима для движения.

Традиционно на автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания на бензине или дизельном топливе, используются также газовые двигатели, всё чаще начинают применять гибридные двигатели, которые представляют собой симбиоз двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Очень много разработок в области электрических двигателей. Однако, данный тип двигателя пока не получил широкого распространения.

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания

В цилиндрах таких двигателей сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой. Мощность двигателя регулируется путем регулирования потока воздуха, при помощи дроссельной заслонки.

В автомобилях, возраст которых составляет 10 лет и старше, управление дросселем осуществлялось путем нажатия на педаль газ. На современных автомобилях тоже нужно нажимать на газ, но только для того, чтобы послать сигнал ЭБУ (электронному блоку управления, «мозгам»), управляющему дроссельной заслонкой.

Виды бензиновых двигателей

Бензиновые двигатели могут быть карбюраторными и инжекторными. Бензиновые двигатели различаются по числу и расположению цилиндров, по способу охлаждения (воздушное и масляное охлаждение), по способу наполнения цилиндров воздухом (атмосферные, с наддувом, компрессорные) и другие.

Карбюраторные бензиновые двигатели

В карбюраторном двигателе горючая смесь приготавливается, собственно в карбюраторе. Основных видов карбюратора три:

• поплавковый;
• мембранно-игольчатый;
• барботажный.

Барботажный карбюратор выполнен в виде бензобака с поднятой над топливом глухой доской, оснащенной двумя патрубками, подающей воздух в бак и отбирающей смесь в двигатель. Как видно из конструкции, данный карбюратор очень примитивен. Он является достаточно громоздким, малоэффективным и сильно зависящим от погодных условий. Кроме того, его применение небезопасно. Может случиться взрыв паров топливно-воздушной смеси.

Барботражный карбюратор
1 — дроссельная заслонка

Мембранно-игольчатый карбюратор создан как самостоятельная часть, элемент автомобиля. Устройство состоит из нескольких камер, которые разделены мембранами и соединенны штоком с иглой на конце, которая запирает седло клапана подачи бензина. Достоинством данного карбюратора является то, что его можно размещать в любом положении, относительно поверхности земли. Недостаток – сложность настройки. Обычно такой карбюратор устанавливается на газонокосилки, бензорезы и т.п. Но в качестве вспомогательного устройства, его можно обнаружить на автомобиле ЗИЛ-138.

Поплавковые карбюраторы составляют подавляющее большинство существующих в природе карбюраторов. Именно поплавковые карбюраторы устанавливаются на автомобили. Стоит заметить, что модификаций данного типа карбюратора огромное множество. Но, в обязательном порядке, в его состав входит поплавковая камера и смесительная камера.

Инжекторные двигатели

Инжекторная система впрыска топлива стала активно применяться в 80-х годах прошлого века. Инжекторные двигатели отличаются от карбюраторных тем, что в инжекторной системы происходит принудительный впрыск топлива во впускной коллектор или цилиндр.

В настоящее время в большинстве инжекторных двигателей используется электронная система впрыска. А происходит это так: в контроллер с датчиков собирается всевозможная информация, в том числе о положении коленвала, положении дросселя, скорости автомобиля, температуры охлаждающей жидкости и входящего воздуха. На основании этих данных контроллер подает сигналы форсункам, системе зажигания, регулятору холостого хода и другим системам.

Инжектор, по сравнению с карбюратором имеет ряд преимуществ:

• уменьшение расхода топлива;
• упрощение запуска двигателя;
• уменьшение вредных выбросов;
• отсутствие необходимости в ручной настройке системы.

Но есть и недостатки:

• постоянная необходимость в напряжении питания;
• нужда в специальных познаниях, в случае ремонта.

По большому счету, именно требования к понижению количества выброса вредных веществ, заставило автопроизводителей перейти от карбюратора к инжектору. Катализаторы, которые ставят на инжекторные автомобили, способны работать при достаточно узком диапазоне химического состава веществ, выходящих через выхлоп. А обеспечить такой диапазон может только современная система впрыска.

Особенности современных бензиновых двигателей

Во многих моделях современных автомобилей применяется для каждой свечи своя отдельная катушка зажигания. Особенно характерно это для японских автомобилей.

Чтобы решить проблему «зависания» заслонок, во многих «больших» двигателях используют по два впускных и выпускных клапана на цилиндр.

Как уже было отмечено, в большинстве современных автомобилей используется электронная педаль газа.

Дизельный двигатель

Как и бензиновый, дизельный двигатель является агрегатом внутреннего сгорания. Только в качестве топлива в таком двигателе можно использовать широкий диапазон жидкостей: от керосина и мазута до пальмового и рапсового масла.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

1-й такт: открывается впускной клапан, «всасывая» в цилиндр воздух, после этого впускной клапан начинает закрываться, а выпускной – открываться.

2-й такт: поршень сживает воздух.

3-й такт: поршень двигается к верхней мертвой точке, в горячий воздух распыляется топливо, которое воспламеняется, а продукты сгорания двигают поршень вниз.

4-й такт: поршень идет вниз, продукты сгорания удаляются через выпускной клапан.

С некоторыми особенностями, но по такому принципу работают практически все ДВС с поршневой системой.

Особенности дизельного двигателя, топлива и автомобилей с дизельным двигателем:

• — двигатель имеет КПД до 50 процентов;
• — дизельный двигатель не имеет возможности набирать высоких оборотов. Топливо не успевает за короткое время догореть. По причине высокой механической напряженности детали дизельного двигателя дорогостоящие и массивные.
• — дизельный автомобиль более экономичен и отзывчив в движении.
• — дизельное топливо нелетучее, а следовательно более безопасное. Кстати, вредных веществ дизель выбрасывает меньше, чем бензиновый двигатель. Но, катализаторы, установленные на инжекторных автомобилях, нивелируют разницу.
• — дизельное топливо при низких температурах часто застывает и парафинируется, что может означать одно: дизель труднее завести зимой.
• — современные дизельные двигатели чаще всего идут в комплекте с турбинами и интеркуллерами.

Рекорды дизеля

В 2006 году автомобиль JCB Dieselmax, оснащенный дизельными двигателями развил скорость в 563 километра в час. Каждый из дизелей имел объем 5 литров и мощность 750 лошадиных сил.э

Самым большим дизельным двигателем является 14-ти цилиндровый судовой Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, рабочий объем которого более 25 литров, мощностью 108920 лошадиных сил.

Самый мощный «грузовой» дизель MTU 20V4000 устанавливается на карьерные самосвалы «Либхерр». Он имеет конфигурацию V20, объем – 95,4 литра и мощность 4023 лошадиных силы.

Самый большой «легковой» дизель устанавливается на Ауди Кью 7. Его рабочий объем – 6 литров, он имеет V-образную форму и 12 цилиндров. Мощность двигателя – 500 лошадиных сил.

Газовый двигатель

В газовом двигателе в качестве топлива используются углеводороды. Он тоже относится к ДВС.

Газовое топливо, как правило, закачивается в баллон, установленный на автомобиле, под высоким давлением. Газовый редуктор понижает давление газовой жидкости или паров до атмосферного, через форсунки смесь впрыскивается в двигатель, где воспламеняется при помощи искры.

Комбинированные ДВС

Данный тип двигателя называется так потому, что он представляет собой комбинацию поршневого и лопаточного устройств.

Наиболее распространен среди комбинированных – поршневой двигатель с турбонагнетателем. Принцип действия такой: в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины раскручивается её ротор, вал, а также ротор компрессора, нагнетающего кислород в двигатель. Таким образом, энергия выхлопных газов, которая без турбонагнетателя не использовалась бы, нашла свое применение.

Дополнительные системы, необходимые для ДВС

Двигатель автомобиля сравнивают с человеческим сердцем. Сердце не может функционировать без взаимодействия с другими органами в организме. Так и двигателю для нормальной работы нужно несколько дополнительных систем.

Конечно же, большинство двигателей не может работать без трансмиссии, потому что эффективен ДВС только в узком диапазоне оборотов. Впрочем, сейчас активно ведутся разработки по созданию гибридных двигателей, которые всегда должны работать в оптимальном режиме.

Двигателю нужны система зажигания, выхлопа и охлаждения. О последней стоит поговорить более подробно.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Система охлаждения представляет собой набор устройств, которые подводят к конкретным элементам двигателя охлаждающую среду, отводящую от них в атмосферу лишнюю теплоту. Система охлаждения двигателя имеет целью поддержание температуры двигателя в рабочих параметрах.

Когда в цилиндре сгорает топливная смесь, температура достигает 2000 градусов. Охлаждающая жидкость обязана поддерживать температуру двигателя в пределах 80-90 градусов.

Система охлаждения двигателя может быть воздушной, жидкостной и гибридной.

Воздушное охлаждение

Воздушное охлаждение – самое простое из типов охлаждения двигателя. Оно может быть естественным и принудительным. Оно осуществляется путем установки развитого оребрения на внешней поверхности цилиндров. Такое охлаждение имеет значительные недостатки. Так воздух не может отводить значительные массы тепловой энергии. А некоторые участки двигателя подвергаются опасности локального перегрева. Воздушное охлаждение устанавливается на мопеды, мотоциклы, скутеры.

Принудительное воздушное охлаждение осуществляется путем установки вентиляторов, оребрения и помещения системы в защитный кожух. Здесь также существует опасность локального перегрева участков двигателя, которые недостаточно обдуваются воздухом. Кроме того, повышается уровень шума агрегата. В Советском союзе системой воздушного охлаждения был оснащен автомобиль Запорожец.

Дизельный грузовой автомобиль Татра до 2010 года оснащался системой принудительного воздушного охлаждения. Многие трактора, преимущественно легкие и средние используют аналогичную систему охлаждения.

Двигатель Lombardini 11LD 626-3NR — 4-х тактный трёхцилиндровый дизельный двигатель с горизонтальным расположением вала отбора мощности и воздушным охлаждением.

Жидкостное охлаждение

В данном типе систем охлаждения двигателей охлаждающая жидкость перемещается по замкнутому контуру. А тепло выдувается при помощи радиатора, установленного под капотом авто.

Жидкостная система охлаждения предусматривает следующие составные части:

1. Рубашка охлаждения – полость, которая охватывает части двигателя нуждающиеся в охлаждении. По этой полости циркулирует охлаждающая жидкость.
2. Помпа, которая обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру.
3. Термостат – устройство поддерживающее рабочую температуру жидкости. Если температура не достигла рабочей, то термостат направляет жидкость по малому кругу циркуляции.
4. Радиатор. Он выводит тепло из системы.
5. Вентилятор, создающий поток воздуха, направленный на радиатор для ускорения вывода тепла из системы.
6. Расширительный бак.

Охлаждение масла

Очень часто, особенно в случаях с двигателями большой мощности, нуждается в охлаждении и масло. Масло охлаждается при помощи охлаждающей жидкости, или же при помощи воздуха, с использование отдельного радиатора.

Испарительная система охлаждения

При такой системе охлаждения охлаждающая жидкость или вода доводятся до кипения, в результате чего теплонагруженные элементы двигателя охлаждаются. Испарительная система охлаждения до сих пор применяется для понижения температуры мощных дизельных агрегатов в Китае.

История создания

Известно, что в 1807 году француз де Ривас сконструировал первый поршневой двигатель. Несмотря на то, что устройство, которое получило название «машина де Риваса», работала на сжиженном водороде, оно имело ряд признаков двигателя внутреннего сгорания. В частности, шатунно-поршневую группу, зажигание с искрой. Француз Ленуар в 1860 году сконструировал двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. Мощность этого устройства составляла около 12 лошадиных сил, искра подавалась от внешнего источника, а коэффициент полезного действия не превышал 5 процентов. Между тем, двигатель Ленуара имел практическое применение. Его устанавливали некоторое время на лодки.

Немец Отто, изучив устройство Ленуара, построил в 1863 году атмосферный двухтактный одноцилиндровый двигатель, который имел КПД уже 15 процентов. При этом, топливо воспламенялось при помощи открытого пламени. В 1876 году все тот же Отто построил четырехтактный газовый ДВС.

А вот первый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания был сконструирован в России в 1880-х годах. Его создателем стал О.С. Костович.

В 1885 году Даймлер и Майбах создали карбюраторный бензиновый двигатель. Сдела двигатель был для мотоцикла. Но в 1886 году его установили на автомобиль.

В 1897 году Дизель усовершенствовал двигатель Даймлера-Майбаха, оснастив его зажиганием. Через год в России на заводе «Людвиг Нобель» Г. Тлинкер доработал двигатель Дизеля, превратив его в двигатель высокого сжатия с воспламенением. Но широкое применение данный двигатель получил не как силовой агрегат автомобиля, а как стационарный тепловой двигатель. Мощность устройства составляла около 20 лошадиных сил. Главным его преимуществом была экономичность.

В начале 20-го века Коломенский завод выкупил у «Людвиг Нобель» лицензию на выпуск «русских дизелей». В 1908 году главный инженер этого завода патентует двухтактный дизельный двигатель с двумя коленвалами и противоположно-движущимися поршнями.

Параллельно происходила разработка бензиновых двигателей. В США изобретатели Харт и Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель. Он имел мощность в 30 лошадиных сил.

Так наступила эра автомобилей, самолетов, теплоходов и тепловозов. Королем в этой эре выбрали двигатель внутреннего сгорания.

Источник https://dvsoff.ru/tip/dizelnyj-dvigatel

Источник https://12psb.ru/blog/dizelnyj-dvigatel

Источник https://polnyi-privod.ru/obzor/dizelnyj-i-inzhektornyj-dvigatel.html

Источник