Всем привет, продолжим изучение дизелюк)
В прошлой части мы поговорили о двухтактных дизелях, применявшихся, как правило, в тяжелых машинах. Теперь опустимся к моторам автомобильным.
Дизельные моторы, работающие по четырехтактному циклу не особо по своей конструкции отличаются от бензиновых собратьев, если не вдаваться в подробности, однако если посмотреть внимательно, совпадают только лишь названия отдельных частей.
Кривошипно-шатунный механизм как правило отличается своей массивностью, дизели длинноходные, поэтому у них более массивный коленвал, с бОльшим плечем кривошипа, также у коленвала более широкие коренные и шатунные подшипники, так как крутящий момент больше, и он достигается на сравнительно низких оборотах, и дабы исключить продавливание масляного клина, особенно в условиях сниженного давления на низких оборотах, конструкторы увеличивают площадь шеек и соответственно вкладышей. Это не касается некоторых квазимод типа ЗМЗ 514, которые сделаны из бензинового мотора.
В бензинках , особенно V-образных, часто встречаются вот такие узкие шейки
Коленвал от ниссановского V6. Видим, какая ажурная конструкция, узкие шейки, тонкие щеки.
А вот типичный коленвал от дизеля
Видим, что он более массивный. Однако, справедливости ради, у хороших бензинок часто встречаются очень суровые коленвалы, не меньше дизельных)
Шатуны точно также отличаются в сторону бОльшего веса, они длиннее и толще.
Вот шатун одного из современных японских бензиновых моторов
И такие "спички" встречаются все чаще)
А вот шатун одного из дизельвагов
Конструкция куда более монументальная, да и понятное дело, так как нагрузки многократно выше. И тут "очень похожие" детали у нас заканчиваются, так как коленчатые валы и шатуны одинаковых габаритов можно найти и в бензинке и в дизеле, а вот поршень в дизельном моторе отличается капитально.
Если в бензиновых моторах инженеры стараются максимально облегчить поршень, сделать его Т-образным, уменьшают толщину колец, диаметр поршневого пальца, толщину пальца, уменьшают жаровой пояс (расстояние от днища поршня до первого компрессионного кольца, то в дизельных моторах поршень сильно не облегчишь, и они как были, так и остаются большими и тяжелыми, с толстыми кольцами, широкими юбками, толстым днищем, и объяснение этому будет далее. А пока можем сравнить поршни бензинового мотора из 80х и 2010х
Первый. Из 80х, с мощностью 33 лошадиные силы на цилиндр
Этот поршень можно даже спутать с дизельным. Толстое дно, широкий жаровой пояс, широко расставленные толстые кольца, большая юбка
А вот современный мотор того-же производителя, с мощностью в 35 лс на цилиндр
Видим, что юбки уже почти не осталось, жарового пояса нет, кольца сбиты в кучу, широким осталось только первое компрессионное кольцо. Расплата за снижение потерь. Такие поршни очень любят вытирать пятно на стенке цилиндра.
А теперь аналогично сравним дизельные поршни.
Первый из 80х, с мощностью в 26лс на цилиндр
Видим огромного размера жаровой пояс, кольца, юбку, толстенное днище.
А теперь современный мотор с мощностью 50 лс на цилиндр
И тут мы видим, что поршень за 30 лет не изменился, переехала только вихревая камера из головки блока в днище поршня, так как впрыск стал непосредственным. Именно поэтому "низ" современных дизельных моторов ходит также долго, как и в старые добрые времена, за исключением случаев, когда производители пытаются уменьшить подшипники, сделать алюминиевым блок и тд.
С блоком разобрались, подходим к головке. И тут у нас начинаются большие отличия от бензина.
Как мы помним, в дизеле воспламенение обеспечивается нагревом воздуха от сжатия.
(Тут маленькое отступление. Многие в комментах говорили, что как так, солярка загорается от 400-600 градусов, не может такого быть. Так конечно не может, и не загорится, и при 800 не всегда загорится. А все потому, что вы упускаете важный момент - давление, которое в конце такта сжатия переваливает за отметку в 20 атмосфер, соответственно молекулы топлива и кислорода становятся гораздо ближе друг к другу и температура, необходимая для начала реакции окисления очень сильно снижается, бензин так вообще умудряется начать реакцию при 200 градусах и давлении в 14 атмосфер, неконтролируемо детонируя в цилиндре. Это если максимально упростить, на самом деле там происходят весьма сложные и интересные процессы).
Дизельные моторы бывают форкамерными и вихрекамерными. Форкамера всегда размещается в головке, а вихревая камера может размещаться как в головке, так и в днище поршня при непосредственном впрыске.
На изображении слева головка с вихревой камерой, справа головка с форкамерой.
Также у этих типов моторов различается форма днища поршня
Форкамерные моторы в 99% тихоходные и атмосферные. Камера в головке блока цилиндров соединена с цилиндром воздушным каналом с жиклером, через который во время такта сжатия в камеру проникает воздух с очень большой скоростью, так как жиклер имеет небольшое сечение. Благодаря этому воздушный заряд активно перемешивается с впрыскиваемым топливом при воспламенении, после чего цилиндр плавно наполняется горячими расширяющимися газами через этот-же жиклер. Благодаря такой конструкции мотор работает достаточно плавно, имеет высокие тяговые показатели на низких оборотах, нетребователен к качеству топлива.
Второй тип моторов - с вихревой камерой. Отличие от форкамерной схемы заключается в том, что сама форма камеры немного иная и канал между ней и цилиндром довольно широкий. Процесс сгорания топлива в них происходит быстрее, эти моторы более быстроходные. Но схема эта также сильно устарела и используется в основном в моторах старых конструкций на легковых автомобилях и легких грузовиках. Их характерной особенностью является боле шумная работа по сравнению с форкамерными моторами.
На фото головка блока цилиндров, на которой видна крышка вихревой камеры.
Ну и последний, и самый популярный тип компоновки - с непосредственным впрыском. В таких моторах также присутствует вихревая камера, но находится она в массивном днище поршня.
В таких моторах необходимые вихревые потоки добываются сразу несколькими способами. На компоновках с одним впускным клапаном на цилиндр, впускной канал делается спиралевидным, для придания завихрения воздушному потоку. По такому-же принципу иногда изготавливаются каналы в бензиновых моторах.
Второй этап завихрения происходит при подходе поршня к верхней мертвой точке, в момент осуществления впрыска топлива. Зазор между днищем поршня и поверхностью головки минимален и воздух резко вытесняется из этого зазора в центр камеры сгорания, непосредственно на распылитель форсунки.
В результате такого перемешивания и расположения вихревой камеры с конусообразным выступом в днище поршня, сгорание топлива происходит с максимальной скоростью и давление в цилиндре растет без задержек вызванных перепуском газов по узкому каналу. В моторах с двумя впускными клапанами на цилиндр, на низких оборотах, когда скорость воздушного потока низкая, для создания вихревых потоков в цилиндре используют вихревые заслонки, перекрывающие один из впускных каналов.
Данные заслонки присутствуют на подавляющем количестве современных дизельных моторов и являются попоболью для их владельцев, так как благодаря системе ЕГР, впуск вместе с заслонками очень быстро становится похож на это
Далее, чтобы топливо попало в цилиндр, да еще и качественно там распылилось, нам нужна топливная аппаратура, это как правило самый дорогой компонент дизельного мотора.
Один из самых важных компонентов системы - топливная форсунка. Они бывают механическими и электромагнитными, вторые применяются в системах с электронным управлением впрыском.
Рассмотрим механическую форсунку, на этой картинке очень наглядно изображен принцип ее действия.
Такие форсунки настраиваются на определенное давление открытия, при котором топливо приподнимает запорную иглу, освобождая себе путь к распылителю, игла держится открытой, пока давление топлива не упадет, таким образом дозируется порция топлива. Давление открытия в таких системах обычно находится в пределах 300-400 атмосфер. Топливо, просочившееся через зазор плунжерной пары распылителя уходит в обратную топливную магистраль "обратку" и по количеству топлива в обратке можно косвенно судить об исправности и износе форсунки, чем больше там топлива - тем ближе ее смерть. Распыление топлива происходит через распылитель, который находится на самом кончике форсунки и имеющий несколько отверстий. Благодаря высокому давлению впрыска образуется очень мелкодисперсный топливный туман, почти пар.
Следы от струй распыляемого топлива часто можно обнаружить на поработавших поршнях
Форсунки внешне могут сильно различаться, но суть и принцип работы у них один.
Электромагнитные форсунки работают по несколько иному принципу. Они также открываются давлением топлива, но и запираются им-же. Это вызвано тем, что давление топлива, подающееся на электромагнитную форсунку постоянно. Топливо в закрытом положении давит на хвостовик плунжерной пары, уравновешивая открывающее усилие с другой стороны. При подаче напряжения на катушку электромагнита открывается перепускной канал, который сбрасывает давление на хвостовик плунжера, и игла открывается, при закрытии канала давление вырастает и закрывает иглу.
Так, с форсунками понятно, а откуда берется такое конское давление? А его создает второй, не менее значимый компонент - топливный насос высокого давления (ТНВД).
ТНВД может быть совмещенным, когда все плунжерные секции собраны в одном корпусе
Может быть раздельным, когда на каждую форсунку есть свой собственный ТНВД с одной плунжерной парой
И наконец, ТНВД может быть встроен прямо в форсунку! Такое мракобесие зовется насос-форсунка.
Самый популярный - первый вариант, на фото кстати ТНВД КамАЗ-740, второй по популярности - вариант номер два, он самый практичный, так как можно отдельно заменить один вышедший из строя элемент, что дешево и удобно. Такую схему, например очень любят ребята из Lombardini, ставят ее на все маленькие моторы для генераторов и на моторы побольше для тракторов
На фото хорошо видны индивидуальные ТНВД и форсунки.
Последний вариант любил пихать в моторы концерн VAG, и довольно быстро отказался от такой конструкции по причине затрудненной регулировки, подбора насос-форсунок по производительности и дороговизны производства и обслуживания. В действие плунжерные секции приводятся либо распределительным валом ГРМ , на котором присутствуют отдельные кулачки, или своим собственным валом в случае с первым вариантом. Также есть еще несколько вариантов конструкции ТНВД поздних выпусков, отличающихся принципом действия. Регулировка опережения впрыска осуществляется либо отдельной муфтой опережения впрыска топлива, которая при увеличении скорости вращения доворачивает вал в ТНВД на опережение, либо фазовращателем на распределительном валу. Во всех механических системах впрыск происходит один раз за цикл. Также эти системы отличаются простотой, надежностью, неприхотливостью. В принципе не требуют электрооборудования в подавляющем большинстве, то есть мотор будет работать пока ему не перекроют топливо.