18 Июля 2017 г.    $ 59.07 (-0.81)    € 67.62 (-0.74)

Дизельный двигатель. Опередивший время

В конце XIX века немецкий инженер Рудольф Кристиан Карл Дизель изучал теорию тепловых машин, и у него появилась идея – найти способ увеличения КПД двигателя. Он полагал, что для этого перед подачей топлива нужно сжать воздух под высоким давлением. В качестве топлива изобретенного им двигателя инженер применил частично очищенную нефть, которая была гораздо дешевле бензина. Ещё одним преимуществом стало отсутствие системы зажигания. В 20-х годах Роберт Бош, также немец, усовершенствовал топливный насос высокого давления и предложил его применение на дизельном двигателе. Это позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и увеличить скорость вращения. С тех пор дизели нашли применение не только в стационарных силовых установках, но на транспорте, в том числе автомобильном.

В дизельном двигателе воспламенение рабочей смеси происходит в результате самовоспламенения. Сначала в цилиндры подаётся воздух, который подвергается сильному сжатию, от чего температура в камере сгорания становится значительно выше температуры воспламенения солярки. Но «холодный» мотор запустить практически невозможно без предварительного подогрева камер сгорания (преднакала). Для этого используют свечи накаливания, по одной на каждый цилиндр. За подачу горючего из бака отвечает топливный насос высокого давления (ТНВД), он создаёт необходимое высокое давление, а количество подаваемого топлива зависит от регулятора насоса, работа которого в свою очередь, регулируется педалью акселератора. В определённый момент времени топливо впрыскивается через форсунки в вихревые камеры (их также называют форкамерами). Под воздействием сжатия солярка приобретает вихревое движение, что позволяет оптимально смешать её со сжатым воздухом. Для остановки дизельного двигателя служит электромагнитный клапан: при переводе ключа в замке в нужное положение, питание с клапана снимается, и он перекрывает подачу топлива.

Как работает дизельный двигатель (2).jpg

Система питания двигателя состоит из бака, топливных фильтров, насоса ручной подкачки, перепускного клапана и топливопроводов. Один из самых важных и «капризных» узлов системы – ТНВД. Он должен подавать топливо под давлением 350 – 1600 бар (величина зависит от нагрузки на мотор). Для управления количеством подаваемой смеси используется только изменение подачи солярки, а количество воздуха остаётся неизменным. Прежде чем начнём описание основных типов насосов, нужно дать понятие, что такое плунжер. Плунжером называют поршень, длина которого значительно превышает диаметр, внешне он выглядит как длинный стержень, плотно примыкающий к стенкам цилиндра, в котором он перемещается, и эту деталь обычно используют именно в системах высокого давления, гидравлических цилиндрах и золотниках. Приводимый в движение кулачковым валом двигателя, плунжер вызывает повышение давления, а возврат механизма обеспечивается пружиной. Количество подаваемого топлива регулируется поворотом этого длинного цилиндра – спиральная выемка изменяет действительный рабочий ход, несмотря на постоянную величину поднятия. Активная работа насоса начинается, когда верхняя кромка плунжера закрывает впускное отверстие. В ТНВД используется одна из двух систем впрыскивания топлива – либо это насос с рядным расположением плунжерных пар, либо это насос распределительного типа. На большегрузных автомобилях обычно применяют рядные плунжеры, каждый из которых подаёт топливо к одному цилиндру, а также часто используется конструкция, которая способна регулировать фазы впрыскивания.

Как работает дизельный двигатель (1).jpg

На малотоннажных грузовиках, микроавтобусах, минивэнах и легковушках действует второй тип подачи солярки. В насосах распределительного типа применяются механические или электронные регуляторы и интегральные устройства, управляющие углом опережения впрыскивания. Центральный плунжер приводится в движение кулачковым диском и создаёт давление, распределяя топливо по отдельным цилиндрам, а уже дозатор или электромагнитный клапан отвечают за количество подаваемого топлива. Элементы ТНВД должны быть изготовлены с высокой точностью для обеспечения точной подачи дизельного топлива, то есть, чтобы не «перелить» и чтобы не оставить цилиндры без горючего, а также для того, чтобы оно распределялось по цилиндрам равномерно. Значит, если с подачей солярки появляются проблемы, в первую очередь нужно смотреть именно топливный насос, или же форсунки, о которых речь пойдёт далее.

Форсунка (от английского force pump, то есть нагнетательный насос) – это устройство для распыления в данном случае жидкого топлива, которое предназначено для более полного сгорания горючего по сравнению с подачей бензина в классический мотор. То есть, форсунки служат не просто для подачи солярки, а для лучшего её смешивания с воздухом. Часто обладатели автомобилей с дизелями при выяснении неполадок винят в большом количестве дыма топливный насос, но это не всегда верно: ведь конечным элементом топливной системы являются именно форсунки, которые также работают под высоким давлением. Если давление открытия форсунки падает, то подача топлива начинается раньше, и в результате мотор начинает «коптить» – появляется чёрный дым. А если давление наоборот завышено – форсунка открывается позже, это приводит к появлению густого белого дыма. Поэтому важно время от времени заезжать на автосервис с целью прочистки топливной аппаратуры и регулирования не только момента впрыска, но и настройки каждой форсунки в отдельности.

Также, нередко находит применение и конструкция, в которой функции ТНВД и форсунки объединены – её называют насос-форсункой. Такой механизм устанавливается в головке каждого цилиндра, фактически насос-форсунка – это отдельный насос высокого давления для каждой камеры сгорания, который работает в паре с собственным механизмом впрыскивания горючего.

Как работает дизельный двигатель (3).jpg
Компоненты системы впрыска Common Rail

В последнее время всё чаще используется так называемая система Common Rail – то есть система впрыскивания горючего с общим нагнетательным топливопроводом, который называют аккумулятором. Эта схема позволяет разделить функции создания давления и впрыскивания. В то же время появляется возможность увеличить давление впрыска и более точно управлять процессом сгорания. Основу Common Rail составляет резервуар, то есть аккумулятор, включающий компоненты общего распределительного топливопровода, линии подачи топлива и форсунки. Высокое давление распространяется через резервуар и топливопроводы к форсунке, при этом на нагнетание солярки затрачивается меньше мощности мотора, чем в других конструкциях, а за начало подачи топлива в цилиндры отвечает электронный блок управления. В настоящее время эта система подачи топлива применяется исключительно на мощных моторах с большим количеством цилиндров, но совсем недавно концерн Audi заявил об установке Common Rail на 4-цилиндровый дизель для кроссовера Q3, выпуск которого должен начаться в ближайшее время.

Каковы же важнейшие плюсы и минусы такого типа мотора? Во-первых, солярка стоит дешевле бензина, получить её гораздо проще. Во-вторых, на дизелях отсутствует система зажигания, следовательно, такие моторы меньше боятся влаги (вплоть до того, что способны работать, погруженные в воду – ну, если обеспечить при это подачу в двигатель воздуха). В-третьих, тяга таких моторов на низких оборотах значительно выше, чем у бензиновых. А недостатки их таковы: дизель необходимо прогревать значительно дольше «бензинки», то есть время для подготовки к поездке увеличивается, а плохое качество отечественного топлива заметно сказывается на сроке службы ТНВД и форсунок.