На постсоветском пространстве у людей при произнесении слова «дизель» на ум приходит КамАЗ, который вечно чадит, и водитель, одетый в телогрейку, стоящий с паяльной лампой над баком машины и производящий ремонт грузовика или пытающийся отогреть бак. Однако наука и техника развиваются, и на наших дорогах появляется все больше и больше машин, современных и мощных. По их внешнему виду нельзя сказать, какого типа двигатель стоит у машины под капотом, пока не проведешь диагностику дизеля. Выдает «дизель» только постукивание характерного типа, которое ни с чем не спутаешь.
Исторически сложилось так, что сначала дизели ставили только на грузовики, корабли и технику для военных - во всех этих случаях важна экономичность и надежность, а размерами, весом и комфортом можно пренебречь. Да и ремонт грузового автомобиля тогда мог произвести каждый.
Наука не стоит на месте, технологии, применяемые в моторостроении все время совершенствуются. Именно по этой причине появились двигатели, пригодные к работе на легковом автомобиле, ремонт которых профессионально осуществляет Бош Дизель Сервис. Впервые такую машину автопром произвел еще в 1935 году. Эта машина называлась Mercedes-Benz 260 (W170). Пик популярности дизельных моторов приходится на 70-е годы прошлого столетия: именно в это время по всему миру разразился очередной бензиновый кризис, и ремонт ДВС данного типа стал затруднителен. С этого времени дизели начали устанавливать на легковушках и внедорожниках всех ценовых категорий.
Дизель - идеал для внедорожника
На автомобилях-внедорожниках устанавливают дизельные двигатели. Объясняется этот факт такими характеристиками дизеля: экономичностью, высоким крутящим моментом, как на высоких, так и на низких частотах, а также доступностью топлива и ремонта топливной аппаратуры. Именно поэтому практически каждая фирма, которая производит джипы, имеет и его дизельную модификацию, и, как правило, не одну. Новый виток популярности дизельных моторов приходится на 90-е года прошлого столетия. На это время приходится совершенствование конструкции дизелей, в топливную систему и систему управления производители активно внедряют электронику, усложняется ремонт Bosch. Новые дизельные двигатели практически не отличаются от бензиновых по таким параметрам, как вес, удельная мощность, и т.д. И что самое замечательное - при всем этом дизели остаются надежными и экономичными.
Ученые и технологи прогнозируют, что в текущем столетии бензиновые двигатели уйдут в «небытие», уступив место дизельным двигателям, что спровоцирует повышение спроса на ремонт ТНВД, ДВС и другую дизельную аппаратуру. Рассмотрим, какие же особенности дизельных двигателей позволили сделать такие выводы.
Конструктивные особенности дизелей
Конструктивно дизель практически не отличается от бензинового двигателя – у обоих есть цилиндры, шатуны и поршни. Но клапанные детали у дизеля усилены, это нужно для того, чтобы дизель воспринимал большие нагрузки (степень сжатия горючего у дизеля 19-24 единиц, а у бензинового двигателя - 9-11). Именно поэтому дизельный двигатель тяжелее и больше, чем бензиновый, а ремонт топливной аппаратуры данного типа сложнее.
Отличие между двумя видами двигателей состоит в том, что у них по-разному формируется топливно-воздушная смесь, она по-разному воспламеняется и сгорает, по-разному производится ремонт ДВС. Если двигатель бензиновый, то горючая смесь у него образуется во впускной системе. В цилиндре же происходит воспламенение смеси от искры свечи зажигания. В дизеле топливо и воздух поступают отдельно. Сначала происходит подача воздуха. В конце такта сжатия воздух нагревается до высокой температуры 700-800 градусов. После этого через форсунки в камеру сгорания поступает под большим давлением топливо, которое воспламеняется от горячего воздуха. Поэтому так необходим своевременный ремонт насос-форсунки.
По причине быстрого расширения горючей смеси резко возрастает давление в цилиндре: именно этим и можно объяснить шумность и жесткость работы дизеля. Благодаря такой организации процесса сгорания топлива дизельные двигатели могут работать на более дешевом топливе, то есть являются более экономичными. Дизельные двигатели не только более экономичные – они меньше, чем бензиновые, загрязняют окружающую среду.
Не лишены дизельные двигатели и недостатков: это шумность и вибрация, меньшая литровая мощность и проблемы с запуском холодного двигателя. Нужно сказать, что данные недостатки дизелей относятся скорее к старым моделям, а у новых эти проблемы более «завуалированы».
Непосредственный впрыск топлива
Дизельные двигатели отличаются друг от друга конструкцией камеры сгорания. Есть дизели с неразделенной камерой сгорания (второе их название - дизели с непосредственным впрыском – топлива). В двигателях такого типа топливо поступает в пространство над поршнем, плюс ко всему камера сгорания находится прямо в поршне.
Раньше непосредственный впрыск топлива применяли только на больших дизелях с низкими оборотами. Причина этого – проблемы с организацией питания, большим шумом и вибрацией. Но благодаря прогрессу, который заключается в широком внедрении топливных насосов высокого давления, 2-х ступенчатой системы впрыска и улучшении качества сгорания топлива, производители добились более устойчивой работы двигателя. Повысилось количество оборотов до 4500 об/мин, двигатель стал более экономичным, менее шумным.
Вихрекамерные двигатели
Наиболее популярным среди всех дизельных моторов является дизель, имеющий раздельную камеру сгорания. Конструктивная особенность этих двигателей заключается в том, что топливо в них поступает не в цилиндр, а в специальную камеру. Как правило, это вихревая камера, которая расположена в головке блока цилиндров и соединена с помощью специального канала с цилиндром. В вихревой камере воздух, сжимаясь, быстро закручивается – это улучшает процессы воспламенения, и образования горючей смеси. Преимущество раздельной камеры сгорания заключается в том, что давление в цилиндре нарастает постепенно, не резко. Именно поэтому вихрекамерные двигатели обладают меньшей шумностью и позволяют достичь более высокого числа оборотов. Согласно статистике, вихрекамерные двигатели устанавливают на 90 процентов легковых автомобилей и джипов. Кроме вихрекамерных двигателей, распространение получили и предкамерные дизели. Эти двигатели оборудованы специальной вставнойфоркамерой, которая соединяется с цилиндром с помощью нескольких небольших каналов. Эти каналы должны быть такой формы и сечения, чтобы в форкамере и цилиндре было разное давление, а благодаря перепаду давлений газ может двигаться с большой скоростью. Такая конструкция двигателя имеет несомненные плюсы: больший срок службы, небольшую шумность, плавное нарастание крутящего момента двигателя.
Ключевые узлы дизельного двигателя
Одной из самых важных систем дизельного двигателя является система подачи топлива. Задача топливной системы состоит в том, чтобы подавать в определенные моменты времени дозированное количество топлива при заданном давлении. Топливная система дизеля довольно сложна в исполнении и дорога по цене. В топливную систему дизельного двигателя входит: ТНВД - топливный насос высокого давления, топливный фильтр, а также форсунки.ТНВД должен подавать топливо к форсункам по заданной программе: эта программа будет зависеть от того, в каком режиме работает двигатель, а также от действий водителя.
Топливные насосы дизеля
Современный топливный насос высокого давления – это одновременно и сложная система, автоматически управляющая двигателем, и главный исполнительный механизм, отрабатывающий команды водителя. Нажатие ногой по педали газа не является непосредственной причиной увеличения подачи топлива: водитель, таким образом, лишь вносит некоторые коррективы в работу регуляторов. Регуляторы самостоятельно меняют подачу топлива, в зависимости от числа оборотов, положения рычага регулятора, давления наддува, и т.д.
Современные внедорожники оборудованы двумя типами ТНВД. Первый вид насосов высокого давления - это рядные многоплунжерные, а второй вид – насосы распределительного типа. На данный момент рядные насосы практически не применяются, хотя и обладают большей надежностью. Большее распространение получили топливные насосы высокого давления распределительного типа. В нагнетательной системе таких насосов имеется один плунжер-распределитель, который совершает поступательное движение, качая топливо, и вращательное движение, распределяя топливо по форсункам. Насосы распределительного типа устанавливают в легковых машинах. Преимущества таких насосов: компактность, высокая равномерность подачи топлива, отличная работа на больших оборотах, благодаря быстродействующим регуляторам. Не лишены распределительные насосы и минусов: они очень требовательны к качеству поступающего топлива.
В 90-х годах прошлого столетия на производстве стали внедрять электронные системы управления дизельным двигателем. Плюсы электронной системы очевидны: она делает подачу топлива более эффективной во всех режимах работы двигателя, это значительно улучшает его экономические и экологические характеристики. Современная электроника заменила механические регуляторы на более точные и простые, оставив при этом неизменной нагнетательную часть ТНВД.
Форсунки дизельного мотора
Кроме топливного насоса, в топливной системе важна еще и форсунка. Благодаря форсунке и ТНВД в камеру сгорания дизеля поступает строго определенное количество топлива. Форсунка определяет не только давление в топливной системе, но и какую форму будет иметь факел топлива – это очень важно для правильного самовоспламенения и сгорания топлива. Форсунки бывают со шрифтовым распределителем или многодырчатым. Можно сказать, что форсунке очень «не повезло», так как она вынуждена работать в тяжелых внешних условиях. Так, игла распылителя двигается возвратно-поступательно, при этом частота движения всего вполовину меньше, чем обороты двигателя. Кроме того, распылитель контактирует с камерой сгорания, в которой очень высокие температуры. Именно поэтому при изготовлении на заводе к распылителю форсунки предъявляются повышенные требования: материал распылителя должен отличаться большой жаропрочностью, тугоплавкостью.
Фильтры дизельного двигателя
Топливный фильтр – это достаточно простой, но от этого не менее важный элемент дизельного мотора. Топливный фильтр должен строго соответствовать тому типу двигателя, на котором установлен. Среди множества функций топливного фильтра есть отделение воды от топлива и ее удаление (для этого предусмотрена нижняя сливная пробка). Во многих дизельных моторах на корпусе фильтра часто устанавливают насос для ручной подкачки топлива - это нужно для того, чтобы удалить воздух из топливной системы. В некоторых моделях топливных фильтров есть системаэлектроподогрева, которая позволяет завести двигатель в зимних условиях.
Старт дизеля
В дизельных двигателях предусмотрена система предпускового подогрева. В камеру сгорания вставлены свечи накаливания, которые всего за несколько секунд могут разогреться до 800-900 градусов Цельсия: топливо, встретившись с нагретым воздухом, воспламеняется намного легче. Водитель в кабине знает о работе системы предпускового подогрева благодаря специальной контрольной лампе: когда она гаснет, значит, двигатель можно запускать. Спустя 15-25 секунд после этого прекращается электропитание свечи накаливания.
Наддув
Современные дизельные двигатели оснащены системой турбонаддува: она предназначена для того, чтобы подать в цилиндры дизеля большее количество воздуха, тем самым увеличив подачу топлива на рабочем цикле, а это, в свою очередь, приводит к увеличению мощности двигателя. Выхлопные газы дизеля имеют давление в 2 раза больше, чем у бензинового мотора: это обстоятельство позволяет подавать в цилиндры воздух, начиная с низких оборотов, без так называемой "турбоямы", которая свойственна бензиновым двигателям. На многих моделях дизельных авто устанавливают устройство для промежуточного охлаждения наддуваемого воздуха – интеркулер. Интеркулерпозволяет улучшить наполнение цилиндров и мощность до 20%. Кроме того, дизели с турбонаддувом, могут без особых проблем работать и в высокогорной местности, то есть там, где атмосферный дизель «задыхается» без воздуха. Наддув значительно улучшает процесс сгорания топлива, уменьшает жесткость его работы и помогает предотвратить потерю мощности.
Система «Common-Rail»
Обычный дизельный двигатель работает так: каждая секция насоса качает топливо в «свой» топливопровод (который идет к определенной форсунке). Внутренний диаметр такой трубки 1,6—2 мм, а внешний 6—7 мм, то есть стенки трубки являются достаточно толстыми. Топливо по «топливопроводу» проходит под большим давлением (1300—2000 атмосфер), поэтому трубка раздувается. Солярка идет в форсунку, а топливопровод сжимается снова. Именно поэтому каждый раз в форсунку закачивается небольшая лишняя доза горючего, которая увеличивает его расход. Благодаря этому уменьшается общий КПД двигателя, увеличивается дымность и шумность мотора.
"Думающая" рампа
Однако удачное решение проблемы все-таки было найдено. Теперь топливный насос подает солярку в топливную рампу (общий трубопровод), давление в котором не переменное, как раньше, а строго постоянное - 1300 атмосфер. Рампа играет роль промежуточного звена, в котором всегда находится постоянный объем горючего. Каждая форсунка теперь открывается не механически (от увеличения давления), а с помощью электронного сигнала, который поступает на катушку форсунки. Датчики передают на компьютер информацию о положении акселератора, давлении топлива в рампе, температуре двигателя. Компьютер на основе этой информации «принимает решение», сколько нужно подавать топлива и когда его подавать.
Новые возможности топливных двигателей
Управление подачей топлива с помощью компьютера позволяет подавать в камеру сгорания строго определенное количество солярки, не больше и не меньше. Сначала в цилиндры поступает очень маленькая доза солярки (примерно миллиграмм) – это топливо повышает температуру в камере сгорания, а уже потом «досылается» основная доза горючего. Для дизеля это дает более плавное нарастание давления в камере сгорания, а это ощутимо скажется на качестве работы всего мотора (он будет работать более плавно, без рывков). С помощью системы «Common-Rail» удалось исключить поступление в камеру сгорания «лишней» порции горючего. Результат от применения новой системы: уменьшение расхода солярки на 20%, увеличение крутящего момента двигателя (на малых оборотах) на 25%.
