Сгорание
Дизельные двигатели сжигают намного меньше топлива — этот аргумент, скорее всего, выпадает из уст водителей. Но так ли это?
Безнаддувные бензиновые двигатели сжигают несравнимо больше топлива, чем их мощные конкуренты, оснащенные турбиной. Результат? В сознании многих водителей было подтверждено, что дизель cжигает в среднем в 2 раза меньше и, следовательно, намного дешевле в эксплуатации. К сожалению, те водители упускают одну крошечную мелочь. Что ж, за последние несколько лет произошла настоящая революция в мире бензиновых двигателей. Все больше производителей решили оснастить популярные бензиновые двигатели турбиной, что значительно снизило уровень сгорания. В нашем примере мы взяли Octavia Skoda 3-го поколения с двигателем 1.8 TSI и второго с двигателем 2.0 TDI. Обе машины — лифтбэки с механической коробкой передач.
От редакции : Бизнес на колесах
По данным каталога, бензиновый двигатель должен сжигать в среднем 5,9 литра на каждые 100 км. Однако по фактическим данным пользователей, сгорание составляет 7 л / 100 км.
В случае дизельного топлива производитель заявляет, что средний расход топлива составляет 4,1 л / 100 км, тогда как при реальном использовании расход топлива составляет 6,2 л / 100 км.
Устройство двигателя автомобиля
Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении.
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Технические характеристики двигателя.
При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС. Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
| РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ: |
В выхлопе дизельного автомобиля меньше окиси углерода
Дизельные моторы производят гораздо меньше окиси углерода чем бензиновые аналоги. Это преимущество особо очевидно в неавтомобильных силовых установках, таких как например дизель-генераторах. Бензиновые установки более опасны так как из-за большой концентрации окиси углерода существует опасность для человека, который может отравиться угарными газами. Вот почему в подводных лодках, подземных шахтах всегда используются только дизельные силовые установки. Ведь при применении бензиновых силовых агрегатов существовала бы опасность для людей.
Тем не менее это не говорит о том, что вы можете безопасно находится долгое время в закрытом помещение при работающем дизельном автомобиле. Помните, что дизельный выхлоп все равно содержит окись углерода. Правда в гораздо меньших количествах чем производят бензиновые моторы.
Не забывайте про эффект накопления концентрации газов в закрытом помещение. Иначе существует опасность отравления угарными газами дизельного автомобиля.
Особенности езды
Прогрев и остановка мотора. Вопрос езды «на холодную» является дискуссионным. Эксплуатация дизельных двигателей допускает такую возможность, однако стоит учитывать, что тепловые зазоры в этот момент увеличены, а охладившееся масло, наоборот, частично утрачивает смазывающие свойства, что в сочетании приводит к повышенному износу деталей. Оптимальным решением будет движение на скорости до 40 км/ч при включенной 3 или 2 передаче. Глушить не турбированный двигатель можно сразу же, а мотору, снабженному системой наддува, необходимо предоставить возможность поработать без нагрузки, чтобы подшипники успели остыть и не покрылись лаковой пленкой.
Оптимальные обороты. Силовые агрегаты данного типа относятся к низкооборотистым. Привычка «крутить» мотор выше 3 500 об/мин — 4 000 об/мин приводит к ускорению износа цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Оптимальным диапазоном для таких двигателей является, в зависимости от модели, промежуток от 1600 об/мин до 3200 об/мин.
Специфика воздушного фильтра. Дизельные агрегаты не снабжаются дросселированием на впуске, что в сочетании с малым объемом камеры сгорания и высокими втягивающими свойствами провоцирует гидроудар при попадании в фильтр даже минимального количества воды.
Отказ от запуска «с тяги». Корректно работающий силовой агрегат штатно заводится при температуре окружающей среды до ?20°С. При затрудненном запуске категорически запрещается пытаться «дернуть» автомобиль, так как при этом может пострадать привод ГРМ. Кроме того, несовпадение температурного допуска горючего и температуры за бортом приводит к кристаллизации парафина и утрате топливом требуемой текучести. В таком случае попытка завести мотор на буксире приведет к сухому трению и повреждению деталей силового агрегата.
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:
- Отработанные газы проходят через компрессор.
- Они постепенно раскручивают колесо турбины.
- Затем вращение турбинного колеса передается компрессорному. Так происходит потому, что они оба установлены на одном валу.
- Под действием вращения турбокомпрессор сжимает воздух. Затем последний поступает в интеркулер.
- 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.
- Турбокомпрессор создает вакуум. Внутрь турбонаддува всасываются воздушные массы.
- Дальше в работу вступают роторы.
- Интеркулер охлаждает воздушные массы.
- Впускной коллектор пропускает через себя холодный воздух. Но перед тем, как он попадет в него, воздушные массы проходят очистку через воздушные фильтрующие устройства.
- Когда воздух будет набран до достаточного количества, клапан закроется.
- Уже отработанные воздушные массы проходят в турбину силового агрегата внутреннего сгорания и давят на ротор.
- 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.
Как правильно эксплуатировать дизельные двигателя
Что касается конечного потребителя, то ему важно помнить об основных нюансах дизеля, таких как использование разных его сортов в зимнее и летнее время. Дело в том, что соляр при отрицательных температурах густеет и полученная гелеобразная масса может попросту забить топливную систему и даже повредить её, поэтому до наступления холодов на АЗС завозят дизельное топливо со специальными присадками
Это важно помнить тем, кто редко пользуется автомобилем, ведь заправившись в теплое время года, выехать зимой уже не получится. Для этого придётся приобретать присадки и доливать их в бак самостоятельно
Старая технология добавления в летний сорт соляра небольшого количества керосина может оказаться губительной для современного мотора.
Зимняя эксплуатация дизеля сопряжена ещё и с тем, что его крайне медленный прогрев не позволяет быстро добиться от штатной системы отопления нагрева салона. Для автомобилей с большим салоном, а также для внедорожников и универсалов это приводит к необходимости устанавливать автономный отопитель.
Особенности и недостатки дизельного двигателя
В виду необходимости испытывать более высокие нагрузки дизели производятся из более прочных сплавов. Поэтому они более тяжелые и габаритные.
Степень сжатия в дизельном двигателе вдвое выше, чем у бензинового собрата, он значительно шумнее и производит больше вибрации. Топливо поступает в камеру сгорания дизеля под огромным давлением, что обеспечивается ТНВД или насосами-форсунками
Важно использовать качественное топливо и следить за состоянием фильтров, ведь замена насоса на дизеле — это относительно дорогое мероприятие
Дизельный мотор сложнее и дороже еще и потому, что в нем используются такие дополнительные элементы, как: противосажевый фильтр, подогревы топлива, усиленные демпфирующие подушки.
Большинство современных дизелей оборудованы турбонаддувом, что усложняет конструкцию и удорожает обслуживание, но улучшает динамику автомобиля.
Дизель сложнее в ремонте, т.к. ряд его блоков могут быть неразборными и не всякий сервис берется за такие работы.
Более подробно об устройстве дизельного двигателя вы узнаете из этого видео:
Обслуживание
Специфика эксплуатации дизельных двигателей подразумевает скрупулезное выполнение всех требований производителя, любое нарушение которых в итоге может привести к необходимости дорогостоящего ремонта. К числу рекомендаций, общих для всех силовых установок данного типа, относятся:
- Своевременная замена и контроль качества масла. Специалисты советуют проводить данную процедуру даже чаще прописанного в мануале межсервисного интервала. Эта рекомендация связана с нестабильными характеристиками сернистости российского дизтоплива. В качестве условного интервала можно ориентироваться на пробег в 7000км ?7500 км.
- Своевременная замена ремня ГРМ. В этом случае рекомендуется руководствоваться тем же принципом, что и при замене масла. У многих моторов допустимый пробег ремня достигает 100000 км, однако необходимо учитывать, что речь идет о практически стерильных условиях, принципиально недостижимых на отечественных дорогах. Обрыв износившегося раньше срока ремня всегда означает разрушение головки блока, ремонт или замена которой обходятся в значительную сумму.
- Контроль чистоты топливной системы. Замену фильтра рекомендуется проводить не реже чем в 10 000 км, а из самого фильтра — регулярно сливать накапливающийся в отстойнике осадок. Топливный бак желательно промывать дважды в год, снимая его с автомобиля. Несоблюдение этих требований может привести к выходу из строя форсунок и топливного насоса.
Особенности езды
Прогрев и остановка мотора. Вопрос езды «на холодную» является дискуссионным. Эксплуатация дизельных двигателей допускает такую возможность, однако стоит учитывать, что тепловые зазоры в этот момент увеличены, а охладившееся масло, наоборот, частично утрачивает смазывающие свойства, что в сочетании приводит к повышенному износу деталей. Оптимальным решением будет движение на скорости до 40 км/ч при включенной 3 или 2 передаче. Глушить не турбированный двигатель можно сразу же, а мотору, снабженному системой наддува, необходимо предоставить возможность поработать без нагрузки, чтобы подшипники успели остыть и не покрылись лаковой пленкой.
Оптимальные обороты. Силовые агрегаты данного типа относятся к низкооборотистым. Привычка «крутить» мотор выше 3 500 об/мин — 4 000 об/мин приводит к ускорению износа цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Оптимальным диапазоном для таких двигателей является, в зависимости от модели, промежуток от 1600 об/мин до 3200 об/мин.
Специфика воздушного фильтра. Дизельные агрегаты не снабжаются дросселированием на впуске, что в сочетании с малым объемом камеры сгорания и высокими втягивающими свойствами провоцирует гидроудар при попадании в фильтр даже минимального количества воды.
Отказ от запуска «с тяги». Корректно работающий силовой агрегат штатно заводится при температуре окружающей среды до ?20°С. При затрудненном запуске категорически запрещается пытаться «дернуть» автомобиль, так как при этом может пострадать привод ГРМ. Кроме того, несовпадение температурного допуска горючего и температуры за бортом приводит к кристаллизации парафина и утрате топливом требуемой текучести. В таком случае попытка завести мотор на буксире приведет к сухому трению и повреждению деталей силового агрегата.
Конструкция
Принцип работы дизельного двигателя заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в механическую работу.
Способ приготовления и зажигания топливной смеси – вот что отличает дизельный двигатель от бензинового. В камерах сгорания бензиновых двигателей воспламенение приготовленной топливовоздушной смеси осуществляется искрой от свечи зажигания.
Особенностью дизельного двигателя является то, что смесь образуется непосредственно в камере сгорания. Рабочий ход осуществляется за счет впрыска отмеренной порции топлива под огромным давлением. В конце такта сжатия реакция нагретого воздуха с дизельным топливом воспламеняет рабочую смесь.
Двухтактный дизельный двигатель имеет более узкую область применения.
Использование одноцилиндровых и многоцилиндровых дизельных двигателей этого типа имеет ряд конструктивных недостатков:
- неэффективное удаление воздуха из цилиндра;
- повышенный расход масла при активном использовании;
- наличие поршневых колец при высоких температурах и др.
Двухтактный дизельный двигатель с оппозитными поршнями имеет высокую начальную стоимость и очень сложен в обслуживании. Установка данного агрегата рекомендуется только на морских судах. В этих условиях из-за его малых размеров, меньшего веса и большей мощности при тех же оборотах и рабочем объеме предпочтительнее двухтактный дизельный двигатель.
Одноцилиндровый агрегат внутреннего сгорания широко применяется в быту в качестве электрогенератора, двигателя мотоблока и самоходного шасси.
Этот тип выработки энергии накладывает определенные условия на конструкцию дизельного двигателя. Для нормальной работы бензинового двигателя не требуется бензонасос, свечи зажигания, катушка зажигания, высоковольтные кабели и другие жизненно важные компоненты.
В систему впрыска и подачи дизельного топлива входят: ТНВД и форсунки. Для облегчения холодного пуска в современных двигателях используются свечи накаливания, которые предварительно нагревают воздух в камере сгорания. У многих автомобилей есть вспомогательный насос в баке. Работа топливного насоса низкого давления заключается в перекачивании топлива из бака в топливную аппаратуру.
Что будет в дальнейшем с дизельными установками от VW?
Как заявляет сам концерн, уже в 2020 году начнется активная презентация электромобилей. Уже до 2025 года в планах компании полностью заменить машины на жидком топливе электрическими авто. Это касается не только бренда Фольскваген, но и всех марок, входящих в концерн. Связано это не только со скандалом в США, но и с объективной необходимостью поиска альтернатив бензину и солярке. Нормы экологических стандартов Евро будут только повышаться, и вскоре они станут невыносимыми для агрегатов.
В судьбе дизелей сегодня есть несколько очевидных фактов:
- если компания не найдет способа сделать моторы более экологически чистыми, уже в нынешнем году произойдет замещение на бензиновые версии, производство дизелей сильно упадет;
- в Россию такие установки продолжат поставляться, так как здесь они набирают обороты в силу невысокой стоимости, экономичности и хорошего ресурса, мы подходим к выбору машины практично;
- уже через 5 лет производство ДВС может и вовсе прекратиться, все моторы на жидком топливе могут быть заменены на электродвигатели, но пока есть ряд преград таким событиям;
- очевидно, что компания уже не будет вкладывать миллиарды в разработки дизельных силовых агрегатов, рынки сбыта остались не самые привлекательные, так что инвестиций не будет;
- но поддержка владельцев автомобилей останется неизменной, Volkswagen продолжит выпускать запчасти и сами движки для замены еще несколько лет после завершения установки на новые авто.
Как видите, эра дизельных моторов подходит к своему завершению. Вполне возможно, что в ближайшее время все мировые концерны начнут отказываться от подобных установок. С введением норм Евро-7, которые сейчас находятся в разработке, ни один мотор на тяжелом топливе не сможет пройти сертификацию. Компаниям придется хитрить и рисковать или просто отказываться от производства таких технологий.
Предлагаем посмотреть видео с информацией о дизельных установках VW:
