Что такое дизель в машине простыми словами
Что такое дизельный автомобиль? Преимущества и недостатки дизеля
Что такое дизельный автомобиль?
Дизельный автотранспорт использует двигатель, у которого цикл сгорания не такой как у бензинового мотора.
 |
| Сравнение дизельного и бензинового двигателей |
|---|
В бензиновом двигателе, топливо смешивается с воздухом, поступает в цилиндр и воспламеняется свечой зажигания. В дизельном же, воздух нагнетается в цилиндр и сжимается сначала без топлива. Эта компрессия нагревает воздух до такой высокой температуры, что, когда топливо затем впрыскивается в цилиндр, оно воспламеняется.
Используя более высокий уровень компрессии и более высокие температуры сгорания, дизели работают более энергоэффективно. В результате этого, автомобили с дизельным двигателем достигают лучшей экономии топлива, чем их бензиновые аналоги. Кроме того, в литре дизельного топлива примерно на 10 % больше энергии, чем в литре бензина. Эти два фактора помогают современным дизелям достичь примерно на 50 % лучшей топливной экономичности, чем у их бензиновых аналогов. В настоящее время на дизельные транспортные средства приходится почти половина всех продаж новых автомобилей в Европе, и небольшая, но растущая доля рынка в США. В России же в 2009 году доля рынка новых автомобилей занятого дизелем составила всего 5,6 % по данным агентства «Автостат».
Преимущества дизеля
Недостатки дизеля
Мечты о дизельном гибриде
«Toyota», «Ford», «Volkswagen», «Peugot» и «Citroën» производят концептуальные автомобили, которые комбинируют дизельный двигатель с гибридной системой. Дизель-гибрид «Citroën C-Metisse», представленный в 2006 году на автосалоне в Париже, изображен ниже. Объединение двух топливосберегающих технологий в одном транспортном средстве может дать феноменальный результат.
 |
| Дизель-гибрид «Citroën C-Metisse» |
|---|
К сожалению, дополнительные затраты на комбинирование дизельного двигателя с гибридной системой обходятся ох как недешево. Большинство аналитиков предсказывают, что дизель-гибрид будет специализированным товаром.
Читайте также
Наибольшую долю в сопротивлении движению легкового автомобиля по горизонтальному участку дороги с высокой скоростью составляет аэродинамическое сопротивление. Снижение этого сопротивления оказывает значительное влияние на уменьшение расхода топлива.
Значение потерь на привод оборудования (механизм газораспределения, масляный и топливные насосы, вентилятор и насос системы охлаждения) часто недооценивают, хотя они оказывают большое влияние на механический КПД двигателя.
Дизельный автомобиль: плюсы и минусы
Стереотипное мышление заставляет людей делить автомобилистов на «подснежников», «чайников», «гонщиков», «черепах», «мартышек», на тех, кто любит «механику» или предпочитает «автомат». Или, например, на «дизелистов» и «бензиноводов».
Между последними довольно часто возникают споры: чьи предпочтения правильнее? И у чьей машины «сердце» горячее бьется, особенно зимой? И вообще: стоит ли покупать дизельную машину в России?
Порой убежденные владельцы автомобилей с бензиновыми двигателями рисуют страшную картину. Мол, «дизель» – это шумное чудовище, капризное в питании, которое оставит своего владельца без возможности передвижения в лютый мороз. Но любой автолюбитель, сев за руль дизельной машины, искренне удивляется расходу топлива. Так медленно стрелка датчика уровня топлива не ползет даже у суперсовременного и суперэкономичного бензинового агрегата (естественно, для сравнения необходимо брать совместимые параметры мощности и объема двигателей). Но даже стабильно растущие цены на топливо не могут стать определяющим параметром при выборе дизельного двигателя. Тем временем, многие владельцы дизелей клянутся в своем пожизненном выборе.
Секреты любви
В дизель влюбляются не сразу. Должно пройти не несколько свиданий с ним, а несколько лет эксплуатации. Причин связать свою жизнь с дизельной машиной вполне достаточно:
1. Прежде всего, подкупает низкий расход топлива (он почти на 30 % меньше в сравнении с бензиновым мотором). Сразу заметите, что стали редким гостем на заправке. Кстати, ваша колонка будет свободна чаще остальных, ведь преобладающее большинство российских автолюбителей по–прежнему ездит на бензине.
2. Даже если вы не самый главный защитник природы, экологичность дизеля почувствуете на себе. Современное дизтопливо обладает минимальной летучестью паров, низкой токсичностью, возгорание топлива маловероятно в отличие от бензина. Соответственно, ваш дизель заботится не только о природе, но и о здоровье своих владельцев и пассажиров.
3. Дизельный двигатель – как долгоживущая и выносливая лошадь. Ведь детали его бензинового собрата быстрее изнашиваются. Так, например, дизельному двигателю не требуется система зажигания и свечи (поскольку самовоспламенение топливно-воздушной смеси происходит иначе, чем в бензиновом двигателе).
4. Особенности строения дизельного двигателя обеспечивают возможность большего сжатия воздуха, чем в бензиновом. А также дизель обладает более высоким коэффициентом полезного действия – то есть преобразовывает больший процент энергии топлива в полезную работу. А это, в свою очередь, влияет на увеличение мощности.
Обратная сторона медали
Тем не менее, владельцы бензиновых двигателей в России далеко не всегда готовы отказаться от привычного вида топлива ради последующей экономии. И для этого есть весомые причины.
Так, например, дизельный автомобиль хоть и реже нуждается в заправке, зато в России подходить к выбору топлива и АЗС нужно внимательно и осторожно. Особенно это касается зимнего периода. Ведь ссуществует несколько видов дизельного топлива – летнее, зимнее и межсезонное. К сожалению, некоторые автозаправочные комплексы практикуют продажу летнего топлива по ценам «зимнего». При этом отличить виды топлива по цвету и консистенции прямо на заправке вряд ли удастся. (Для справки: в зимнем топливе меньшее содержание парафинов, это позволяет ему не мутнеть и не загустевать при низких температурах окружающей среды, а, соответственно, сохранять текучесть и способность проходить через топливный фильтр, обеспечивая нормальную работу двигателя).
Зачастую ненадежность топлива заставляет дизелистов пользоваться антигелями, которые понижают температуру застывания топлива. Казалось бы, вот залог успешной эксплуатации автомобиля в холодное время года. Но если машина на гарантии, то использование присадок может сыграть «дурную службу» и лишить возможности получить гарантийный ремонт.
Среди автолюбителей также бытует мнение, что в морозы из-за особенностей запуска дизельного двигателя машина может элементарно не завестись. Но надо иметь в виду, что современные дизели обладают довольно мощными стартерами и аккумуляторами, а также снабжаются свечами накаливания. Все это вкупе с маловязким моторным маслом почти гарантирует успешный запуск современного дизельного автомобиля. Разве что этому может помешать забитый топливный фильтр, который на дизеле, возможно, придется менять гораздо чаще, чем не бензиновом автомобиле.
Но есть и такие стереотипы насчет дизельных автомобилей, которые стремительно уходят в прошлое. Грохочущий бас дизельного двигателя грозит стать легендой прошлого столетия, дизели становятся все тише, ритмичнее, интеллигентнее. Среди новейшего поколения автомобилей Opel появились так называемые «шепчущие» дизельные моторы – их внутренняя и внешняя шумность в некоторых случаях даже ниже шума бензиновых двигателей.
Цены на запчасти современных дизельных автомобилей в принципе существенно не отличаются от стоимости ремонта бензинового автомобиля, а с ростом популярности дизелей, профессиональных специалистов по ремонту становится все больше. Мощности дизельных и бензиновых моторов вот-вот начнут острую борьбу благодаря непрекращающемуся развитию технологий.
Говорят, в споре рождается истина. Но в случае спора «дизелистов» и «бензиноводов» недостаточно хорошей аргументации конфликтующих сторон. В эксплуатации обоих двигателей есть плюсы и минусы, и рьяно защищать бензиновый двигатель довольно опрометчиво, не попробовав хоть раз в жизни насладиться высокой экономией топлива и ровным ходом дизельной машины.
Ну, а пока дизелисты в нашей стране все же могут наслаждаться отсутствием очередей на свою колонку, делиться адресами АЗС с надежным зимним топливом, и чувствовать себя особенным меньшинством, познавшим секреты удовольствия от владения дизельным авто.
Дизельный двигатель: устройство, принцип работы
Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.
История создания дизельного двигателя
Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.
Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.
Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.
История создания
Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.
По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.
Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.
Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.
Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).
Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.
Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.
Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.
Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».
После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.
В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.
В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.
С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.
С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.
В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.
Устройство системы дизельного двигателя
Основными элементами диз мотора являются:
Современный дизельный двигатель в разрезе
Принцип работы дизельного мотора
Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.
Подача солярки осуществляется только в момент, при котором воздух максимально сжат и имеет максимальную температуру.
Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству. 
Порядок работы дизельной системы:
Дополнительные компоненты двигателя
Помимо основных деталей, которые обязательно присутствуют в конструкции двигателя, есть еще дополнительные детали и узлы, которые улучшают характеристики и работу ДВС. 
Принцип работы турбины
Турбина — это устройство, которое создает дополнительного нагнетание топлива. Двигатель с турбиной имеет большую производительность.
Идея создания турбины появилась при обнаружении такого факта, что при движении поршня вверх, солярка не успевает полностью сгорать.
С помощью турбины, сгорание топлива в цилиндрах происходит до конца, за счет чего уменьшается расход топлива и увеличивается мощность ДВС.
Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:
Цикл работы турбонаддува:
Цикл далее повторяется.
При охлаждении воздуха, его плотность увеличивается. Если плотность воздуха стала больше, значит можно закачать воздух большим объемом. Чем больший поток воздуха подается в камеру сгорания, тем лучше сгорает топливо.
Интеркулер и форсунка
При сжатии плотность воздуха и температура увеличиваются. Это негативно сказывается на межремонтном периоде деталей двигателя. В связи с чем была разработано устройство, которое охлаждает горячий воздушный поток.
В зависимости от модификации дизельных двигателей, в цилиндре топливо может распыляться одной или двумя форсунками.
Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.
Вывод
За счет постоянных инженерных внедрений и испытаний, современные дизельные двигатели выдают очень хорошие технические характеристики. Качество сгорания отличное за счет использования турбонагнетателя. Качество сгорания, примерно, выше в 2 раза, чем у бензинового двигателя.
В последние годы идет постоянное усовершенствование не только для улучшения эксплуатационных показателей, но и за счет современных требований мировых экологов. Сначала было требование двигатели Евро-2, потом 3, 4, 5.
Видео
В этом видео показывается принцип работы дизеля.
Строение системы дизельного двигателя.
Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).
Отличия ДВС евро 5 от евро 4.
ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ПРИНЦИП РАБОТЫ.
На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте. В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.
Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. 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. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.
КОНСТРУКЦИЯ.
Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
Поршни и свечи дизеля
Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.
ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ.
Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.
Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.
Камеры сгорания дизелей
При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.
Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.
Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.
Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.
Система питания дизеля.
Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.
Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.
Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.
Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.
Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо — воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как «волновое гидравлическое давление». При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, «бегающие» по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.
Насос-форсунка
В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.
Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок. Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.
Система Common Rail.
Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска. Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам. Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, 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, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля. Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.
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 чего 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». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.
Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.