Бензиновый и дизельный двигатели - принципиальные различия их работы
Бензиновый и дизельный
двигатели - принципиальные различия их работы.
Существует много всевозможных мнений о дизельном двигателе.
Основная причина, скорее е всего, кроется в том, что многие привыкли видеть
в дизеле нечто "ужасное", что они ужасно грязные в плане экологии,
более медленные и очень часто выходят из строя, очень дороги в
обслуживании и ремонте.
Как раз данную статью и хотелось бы посветить разговору о
дизеле и по возможности выяснить, плох или хорош дизель, а так же
оборудованию, необходимому при ремонте и диагностике.
На первоначальном этапе нео6ходимо разобраться в принципиальных
отличиях работы дизельного двигателя от бензинового.
Принципы сгорания в
дизельном двигателе.
Дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания с
воспламенением от сжатия. Поскольку такие двигатели втягивают воздух, то он
сжимается в двигателе до уровня, который существенно выше, чем в двигателях
с воспламенением от искры, в которых используется топливовоздушная смесь.
Вдобавок ко всему, двигатели с воспламенением от искры очень чувствительны к
детонации. С точки зрения коэффициента полезного действия (КПД) дизельный
двигатель является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания.
Низкооборотные двигатели большего рабочего объема могут иметь кпд в 50% и
выше. В результате этого дизельные автомобили имеют низкий расход топлива и
низкий уровень вредных выбросов в выхлопных газах, что можно отнести к
преимуществу дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми. В дизельном
двигателе может использоваться четырех- или двухтактный цикл.
Рабочий цикл.
При первом такте движения поршня вниз втягивает воздух через
открытый впускной клапан. При втором такте, так называемом сжатии, воздух,
втянутый в цилиндр, сжимается поршнем, который движется вверх. Степень сжатия
составляет от 14:1 до 24:1. при этом процессе воздух разогревается до
температуры 800°с. в конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо в
нагретый воздух при давлении до 1500 кгс/см . К началу третьего такта (
рабочего хода ) мелко распыленное топливо самовоспламеняется и на протяжении
всего такта сгорает в цилиндре почти полностью. Высвобождаемая при этом
энергия давит на поршень. Поршень снова движется вниз, преобразуя химическую
энергию в механическую работу. Во время четвертого такта (выпуска)
отработавшие газы вытесняются движущимся вверх поршнем через открытый
выпускной клапан. После этого двигатель снова начинает всасывать воздух для
нового рабочего цикла.
Камеры сгорания и
турбонадув.
В дизельных двигателях используются разделенные и
неразделенные камеры сгорания
( соответственно двигатели с предкамерами и непосредственным
впрыском).
Двигатели с непосредственным впрыском являются 60лее
эффективным, более экономичным, чем их аналоги с предкамерами. Исходя из этих
соображений двигатели с непосредственным впрыском используются в
грузопассажирских и грузовых автомобилях.
С другой стороны, из-за более низкого уровня шума двигатели с
предкамерами устанавливаются на легковых автомобилях. Вдобавок к этому,
двигатель с предкамерой имеет более низкий уровень вредных выбросов выхлопных
газах ( НС и NOx ) и более дешев в производстве. По сравнению с двигателем с
воспламенением от электрической искры ( бензиновым двигателем ), оба типа
дизельных двигателей являются более экономичными, особенно в диапазоне
частичных нагрузок. Дизельные двигатели являются подходящими для
использования турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов или механического
наддува. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) на дизельных двигателях
увеличивает не только отдачу мощности и КПД двигателя, но так же уменьшают
содержание вредных примесей в выхлопных газах.
В целом камеры сгорания дизельного двигателя можно разделить
на несколько типов!
Системы с предкамерой:
В системе с предкамерой используемой для легковых автомобилей,
топливо впрыскивается в горячую предкамеру ( дополнительную камеру ). Здесь
начинается дополнительное воспламенение, чтобы достичь образования
качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения основного процесса
сгорания.
Система с вихревой предкамерой:
В этой системе используемой в дизельных двигателях легковых
автомобилей, сгорание также начинается в дополнительной камере. В процессе
сгорания используется дополнительная камера сгорания в форме шара или диска (
вихревая камера ) с поверхностью горловины (выреза), расположенной тангенциально
в основной камере сгорания.
Система с непосредственным впрыском:
В системах с непосредственным впрыском, используемых главным
образом в грузовых автомобилях и в стационарных дизельных двигателях
всех размеров, образование смеси обходится без
дополнительной вихревой камеры. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру
сгорания над поршнем.
Система непосредственного смешивания топлива с распылением
по стенкам (М- система):
В этой системе впрыска для стационарных дизельных двигателей
теплосодержание (теплоемкость) стенок углубления в поршне используется для
испарения топлива, и топливовоздушная смесь
образуется с помощью управления воздухом для сжатия.
Выхлопные газы
дизельных двигателей.
При сгорании дизельного топлива образуются различные вещества.
Их состав зависит от конструкции двигателя, его мощности и нагрузки.
Полное сгорание топлива приводит к существенному уменьшению
концентрации вредных веществ. Полное сгорание обеспечивается точным
поддержанием состава топливовоздушной смеси, абсолютной точностью процесса
впрыска и оптимальным завихрением топливовоздушной смеси. Главным образом
образуется вода (Н2О), безвредная двуокись углерода (СО2)
и в относительно низкой концентрации следующие соединения: окись углерода (СО),
несгоревшие
углеводороды (НС или СН), окислы азота (NOx), окись серы ( SO2)
и серная кислота ( H2SO4), частички сажи. Когда двигатель
холодный, то состав выхлопных газов включает в се6я не окисленные или
окисленные лишь частично углеводороды, которые видны как 6елый или голубой дым
с характерным запахом. На уменьшение расхода топлива и сокращение вредных
выбросов влияют следующие параметры:
- Точная установка момента (начала) впрыска
- Точность при изготовлении форсунок
- Топливный насос высокого давления (ТНВД) с точной дозировкой топлива
- Модифицированные камеры сгорания
- Точная геометрия факела распыленного топлива и увеличения давления впрыска
Возможные неисправности работы дизельного двигателя
Чаще всего владелец обращается с неисправностью, касающейся
неудовлетворительной работы двигателя, вызванной плохим техническим состоянием
(недостаточная компрессия, потеря герметичности цилиндров), неисправности в
электрических цепях (датчиках, исполнительных механизмах) или неправильной
регулировкой начала впрыска топлива, плохой работой ТНВД и форсунок.
Первым действием для оценки работы двигателя необходима косвенная информация
об условиях в которых проявляется неисправность:
- Неисправность появляется всегда или периодически
- В каких условиях эксплуатации проявляется неисправность: при запуске
двигателя, при ускорении или торможении двигателем, при движении с постоянной
скоростью, при определенных оборотах двигателя, на холостом ходу, на холодном
или горячем двигателе.
- Какой расход топлива
- Выдает ли двигатель требуемую мощность
- Дымит ли двигатель
Следующее действие - это детальный осмотр двигателя и проведение
диагностики. Рассмотрим некоторые признаки неисправности двигателя.
Признаки неисправности двигателя
1) Двигатель не запускается:
Подкачивающий насос не подает топливо
Слишком ранний или поздний впрыск
Неисправности форсунки
Неисправные свечи накаливания
Неисправности ТНВД
2) Потеря мощности двигателя:
Слишком малая доза впрыска
Повреждение распылителя
Утечки топлива из трубок высокого давления
3) Стуки в двигателе:
Слишком ранний впрыск
Слишком большее давление открытия форсунок
Люфт поршневых колец
Износ поршневых или шатунных вкладышей
Несоответствующая компрессия
4) Черный дым:
Слишком поздний впрыск топлива
Слишком низкое давление открытия форсунок
Заклинивание иглы в распылителе
Лопнувшая пружина форсунки
Нагнетательный клапан ТНВД не закрывается
Слишком низкая компрессия
5) Неравномерная работа двигателя:
Завоздушивание топливной системы
"льющий" распылитель
трещина в топливопроводе высокого давления
Лопнувшая пружина форсунки
Повышенное давление открытия форсунки
Износ газораспределительного механизма
Шприц в сердце
Впрыск топлива является неоспоримым преимуществом по сравнению с
карбюраторным принципом смесеобразования. Это более точное дозирование топлива,
следовательно, экономичность, меньше токсичность отработавших газов и т.д.
Основным исполнительным элементом системы впрыска является форсунка, которая
работает в тяжелых условиях и требовательна к обслуживанию. Вот о ней и пойдет
речь далее.
ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ Форсунка - это устройство, которое позволяет дозировать подачу топлива в
двигатель.
Форсунки бывают двух основных типов - механические и электромагнитные.
Механические форсунки открываются автоматически под давлением и не осуществляют
дозирование топлива. Она обеспечивает эффективное распыление путем открытия и
закрытия своего распылительного отверстия. Механические форсунки
устанавливаются на системах впрыска К, КЕ-jetronic. У форсунок данных систем
существует давление начала впрыска, которое составляет от 2,7 кгс/см2 до 5
кгс/см2, а также рабочее давление минимальное значение которого в этих системах
впрыска 4,5 кгс/см2 , а максимальное 6,2 кгс/см2.
Электромагнитная форсунка активизируются электрическим током. Т.е. если дать
"правильное" название - это управляемый электромагнитный клапан,
открытием которого управляет электронный блок управления, что обеспечивает
дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя.
Топливо подается к форсунке под определенным (зависящим от режима работы
двигателя) давлением. Электрические импульсы, поступающие на электромагнитные
форсунки от блока управления, приводят в действие игольчатый клапан,
открывающий и закрывающий канал форсунки. Количество распыляемого топлива
пропорционально длительности импульса, задаваемым ЭБУ. Т.е. управляющим
параметром для электромагнитных форсунок является время открытого состояния, а
не давление топлива, как в механических форсунках.
Форма и направление распыляемого факела играют существенную роль в процессе
смесеобразования и определяются количеством и расположением распылительных
отверстий. Распылительные отверстия форсунок могут быть различных типов:
односекционные, многосекционные, многосекционное распыление для двух впускных
клапанов, кольцевая щель.
СИСТЕМА ВПРЫСКА Системы впрыска, в которых устанавливаются электромагнитные форсунки
разделяются на центральный впрыск и распределенный впрыск.
Центральный впрыск характеризуется тем, что в общий впускной трубопровод
топливо впрыскивается одной форсункой, которая установлена перед дроссельной
заслонкой и характеризуется низким сопротивлением обмотки 4-5 Ом.
Распределенный впрыск характеризуется тем, что отдельные форсунки осуществляют
впрыск топлива во впускные трубопроводы каждого цилиндра. Они располагаются у
основания впускных трубопроводов и имеют высокое сопротивление обмотки
электромагнитов 12-16 Ом.
ПРИЧИНА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ФОРСУНОК Состояние форсунок существенно влияет на работу двигателя.
Наиболее распространенной неисправностью форсунок является их загрязнение, что
приводит к:
- затрудненному пуску двигателя
- неустойчивой работе на холостом ходу
- повышенному расходу топлива
- потере мощности
- появление детонации и т.д.
